Qu'est-ce que Cryptographie post-quantique (PQC) ?

Cryptographie qui fonde sa sécurité sur des problèmes mathématiques réputés difficiles à résoudre efficacement même pour les ordinateurs quantiques, comme les problèmes de réseaux euclidiens et les fonctions de hachage. Elle fonctionne sur les ordinateurs conventionnels et sert à remplacer RSA et la cryptographie sur courbes elliptiques, que l'algorithme de Shor peut casser.

Nom japonais: 耐量子計算機暗号

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Domaine: Matériel des ordinateurs quantiques

Pourquoi elle est nécessaire

RSA et la cryptographie sur courbes elliptiques, très utilisés aujourd'hui, seraient cassés par l'algorithme de Shor sur un grand ordinateur quantique tolérant aux fautes. De tels ordinateurs quantiques n'existent pas encore, mais il existe le risque « récolter maintenant, déchiffrer plus tard », dans lequel des textes chiffrés enregistrés aujourd'hui sont déchiffrés à l'avenir, et le remplacement de la cryptographie prend de nombreuses années. La migration doit donc commencer avant l'arrivée des ordinateurs quantiques.

Principaux schémas et normes

En 2024, le NIST américain a publié comme normes le mécanisme d'encapsulation de clés à base de réseaux ML-KEM (FIPS 203), le schéma de signature à base de réseaux ML-DSA (FIPS 204) et le schéma de signature SLH-DSA, fondé sur les fonctions de hachage (FIPS 205). Leurs clés et signatures sont plus grandes qu'auparavant : par exemple, une clé publique ML-KEM-768 fait 1184 octets, bien plus que les 32 octets de l'échange de clés sur courbe elliptique X25519. Une signature ML-DSA-65 fait 3309 octets.

Matériel et migration

Comme les clés et les signatures sont plus grandes et que les calculs sont de nature différente, la migration se fait en vérifiant l'impact sur les dispositifs embarqués et les cartes à puce dotés de peu de mémoire, sur la taille des paquets des protocoles de communication, etc. Les schémas à base de réseaux accélèrent la multiplication de polynômes par la transformée de nombres (NTT), et l'accélération par des circuits dédiés est à l'étude. Les implémentations doivent aussi se protéger contre l'attaque par canal auxiliaire, qui fait fuir des secrets par la consommation électrique ou le temps d'exécution. Pour l'instant, la migration se fait progressivement avec des schémas hybrides qui combinent la cryptographie conventionnelle, et l'on privilégie des conceptions qui facilitent un remplacement ultérieur de la cryptographie (agilité cryptographique).

S'entraîner : questions sur Cryptographie post-quantique (PQC)

Quelle description de la cryptographie post-quantique (PQC) est correcte ?

  1. AUne cryptographie qui fonctionne sur les ordinateurs conventionnels et fonde sa sécurité sur des problèmes mathématiques (comme les problèmes de réseaux euclidiens) réputés difficiles à résoudre efficacement, même pour les ordinateurs quantiques
  2. BUne cryptographie qui ne peut ni chiffrer ni déchiffrer sans utiliser d'ordinateur quantique
  3. CUne cryptographie qui se contente de doubler la longueur de clé de RSA
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Réponse : A. Une cryptographie qui fonctionne sur les ordinateurs conventionnels et fonde sa sécurité sur des problèmes mathématiques (comme les problèmes de réseaux euclidiens) réputés difficiles à résoudre efficacement, même pour les ordinateurs quantiques

La cryptographie post-quantique remplace la factorisation et le problème du logarithme discret, que l'algorithme de Shor sait résoudre, par des schémas fondés sur les problèmes de réseaux euclidiens, les fonctions de hachage, etc., et elle fonctionne telle quelle sur les ordinateurs et les équipements réseau actuels. En 2024, le NIST américain a publié des normes comprenant le mécanisme d'encapsulation de clés à base de réseaux ML-KEM (FIPS 203) et le schéma de signature ML-DSA (FIPS 204). Beaucoup de ces schémas ont des clés ou des signatures plus grandes que RSA ou la cryptographie sur courbes elliptiques : la migration se fait donc en tenant compte de l'impact sur les protocoles de communication, les dispositifs embarqués et les implémentations matérielles. C'est une technologie différente de la distribution quantique de clés (QKD), qui partage des clés en utilisant les propriétés quantiques elles-mêmes.

Quelle est la raison la plus appropriée de hâter la migration vers la cryptographie post-quantique avant même que de grands ordinateurs quantiques existent ?

  1. ALes ordinateurs quantiques du milieu des années 2020 cassent déjà couramment RSA-2048
  2. BPasser à la cryptographie post-quantique rend toujours les communications plus rapides
  3. CDes textes chiffrés interceptés et stockés aujourd'hui pourraient être déchiffrés par de futurs ordinateurs quantiques (« récolter maintenant, déchiffrer plus tard »), et la migration cryptographique prend de nombreuses années
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Réponse : C. Des textes chiffrés interceptés et stockés aujourd'hui pourraient être déchiffrés par de futurs ordinateurs quantiques (« récolter maintenant, déchiffrer plus tard »), et la migration cryptographique prend de nombreuses années

Un attaquant peut enregistrer dès maintenant des communications chiffrées et, une fois les ordinateurs quantiques devenus pratiques, casser l'échange de clés et lire le contenu. Les informations qui doivent rester secrètes longtemps doivent donc être protégées par la cryptographie post-quantique avant même l'arrivée des ordinateurs quantiques. La cryptographie est en outre intégrée aux systèmes d'exploitation, aux navigateurs, aux équipements réseau, aux cartes à puce ainsi qu'aux micrologiciels et au matériel des dispositifs embarqués, et tout remplacer prend de nombreuses années. La migration se fait progressivement, avec des schémas hybrides qui combinent cryptographie conventionnelle et cryptographie post-quantique.

Questions fréquentes

En quoi diffère-t-elle de la distribution quantique de clés (QKD) ?

La cryptographie post-quantique repose sur la difficulté de problèmes mathématiques et fonctionne sur les ordinateurs et réseaux ordinaires. La distribution quantique de clés partage des clés en utilisant des propriétés quantiques des photons ou d'autres supports, et exige des équipements de communication optique dédiés. Ce sont deux technologies distinctes, et la cryptographie post-quantique est au cœur de l'effort de remplacement.

Faut-il aussi remplacer la cryptographie symétrique, comme AES ?

Face à la cryptographie symétrique, il n'existe que l'accélération quadratique de l'algorithme de Grover : on estime donc qu'aucun changement de schéma n'est nécessaire et que des clés suffisamment longues constituent une réponse suffisante. Par exemple, AES-256 est considéré comme conservant une sécurité suffisante même face aux ordinateurs quantiques.

« Cryptographie post-quantique (PQC) » dans les explications

Questions mentionnant « Cryptographie post-quantique (PQC) » (2)

  1. Quelle description de la cryptographie post-quantique (PQC) est correcte ?
  2. Quelle est la raison la plus appropriée de hâter la migration vers la cryptographie post-quantique avant même que de grands ordinateurs quantiques existent ?

Termes associés

Algorithme de Shor Fonction de hachage Code de surface (surface code) Correction d'erreurs quantiques (QEC) Décohérence Intrication quantique (intrication) Jonction Josephson NISQ Piège à ions (ion trap) Porte quantique (quantum gate)

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