Informatique quantique et tennis

J’assiste depuis hier au Geneva Security Forum, une conférence consacrée aux enjeux relatifs à la sécurité dans le domaine des affaires, de l’informatique, de la politique internationale, etc.

Une des présentations qui ont retenu mon attention traitait hier de la cryptographie quantique, un domaine dans lequel mon niveau de connaissance était proche du zéro absolu. Voici donc quelques principes de base évoqués durant le présentation. Si un physicien passe par ici, qu’il n’hésite pas à me corriger en cas d’erreur!

Cryptographie et clé de cryptage

La cryptographie traditionnelle est basée sur la génération de nombres aléatoires qui servent à encrypter des données. Les informaticiens confirmeront que nul algorithme actuel n’est capable de générer de nombre réellement aléatoire; en fait, les algorithmes plus ou moins complexes ne font que générer des nombres pseudo-aléatoires plus ou moins complexes. En revanche, dans le cadre de la cryptographie quantique, on est aujourd’hui capable de générer des nombres réellement aléatoires. C’est là, le premier principe de la cryptographie quantique.

Le second principe est hérité directement de la mécanique quantique selon laquelle un même événement, en l’occurence un nombre réellement aléatoire, peut avoir lieu, c’est-à-dire exister, simultanément en deux endroits. Les cryptographes cherchent actuellement à utiliser ce principe physique afin de générer des clés de cryptage inviolables.

Cryptage et décryptage classiques

Outre la clé de cryptage, il y a bien sûr les données cryptées. Encore actuellement, tous les systèmes de cryptage et de décryptage sont basés sur les théories mathématiques de la probabilité. En d’autres termes, un hacker doit disposer d’une puissance de calcul et d’un laps de temps suffisants afin de découvrir une clé de cryptage. Plus la clé est longue (on parle en nombre de bits), plus le temps et la puissance de calcul nécessaires sont importants. Les systèmes cryptés actuels sont tous basés sur la présomption qu’une clé de cryptage suffisamment longue demandera trop de temps et/ou trop de ressources pour être découverte en utilisant une technique classique. Par conséquent, les hackeurs seront découragés de s’y attaquer. En revanche, il n’existe aucune garantie que personne ne dispose d’une puissance de calcul suffisante ni aucune garantie que la clé de cryptage ne soit découverte par chance!

Transmission photonique

Le principe de base de l’informatique quantique est la transmission des données non plus par voie électronique (flux d’électrons) mais sur des particules de lumière (flux de photons). Dans les deux cas, la technique présente le désavantage de permettre l’interception du flux (même dans le cas d’un flux de photons qui transite via une fibre optique).

C’est pourquoi, les techniques les plus récentes réduisent le flux de photons à une seule particule qui voyage d’un point à un autre. Ceci présente un double avantage. Premièrement, selon les principes de la mécanique quantique, l’interception et l’observation d’un photon modifie instantanément son état. Par conséquent, une clé de cryptage transmise par voie photonique ne peut être lue; si elle l’est entre l’expéditeur et le destinataire, alors elle est instantanément modifiée et perd sa validité.

Le présentateur a utilisé l’analogie suivante durant sa présentation (la même qu’il utilise habituellement pour expliquer son travail à sa grand-mère!): imaginez la transmission d’une donnée cryptée comme une balle de tennis (d’où le titre de mon billet) sur laquelle on inscrirait l’information à transmettre. Il existe toujours un risque que la balle soit interceptée quelquepart entre l’expéditeur (joueur A) et le destinataire (joueur B), que l’information inscrite sur la balle soit lue, puis que la balle soit transmisse au joueur B sans qu’il ne s’aperçoive de l’interception. A contrario, la transmission photonique serait comme si on remplaçait la balle de tennis par une « boule de sel » (sic); si elle est interceptée, elle se désintègre instantanément.

Comme la technologie actuelle ne permet pas encore de fabriquer des ordinateurs quantiques, on utilise pour le moment l’informatique quantique uniquement pour transmettre un clé de cryptage unique. Si elle est interceptée, elle devient nulle et une nouvelle clé est générée; si elle n’est pas interceptée, les données sont ensuite encryptées grâce à cette clé et transmises selon les méthodes classiques.

Informatique quantique

L’informatique quantique et l’arrivée prédite de l’ordinateur quantique dans les décennies à venir renderont tous les systèmes de cryptage/décryptage au monde totalement perméables. Voici pourquoi.

Encore une fois, la mécanique quantique démontre que les particules élémentaires tels que les photons ne se comportent pas selon une logique exclusive, c’est-à-dire qu’ils peuvent adopter plusieurs « états » différents simultanément. Contrairement aux composants élémentaires de nos ordinateurs actuels qui ne peuvent prendre qu’une seule valeur binaire en un temps T, les composants élémentaires des ordinateurs quantiques pourront prendre deux valeurs différentes simultanément. Par conséquent, l’opération de décodage d’une clé de cryptage, même très longue, qui consiste en fait en la factorisation d’un nombre, ne constituera plus un problème (le temps nécessaire au décryptage ne sera plus une barrière). Celui qui parviendra à construire une pareille machine infernale sera capable de pénétrer n’importe quel système sécurisé sur la planète! Ceci explique pourquoi certains gouvernements ont déjà investi des centaines de millions dans la recherche sur l’informatique quantique.

Voilà. Si vous n’avez rien compris, ne vous inquiétez pas, moi-même je me pose de nombreuses questions depuis hier et il y a encore pas mal de zones d’ombre dans mon esprit. Quoi qu’il en soit, je trouve tout ceci absolument fascinant.