Le chiffrement protège vos données
Vous êtes-vous déjà demandé comment vos données en ligne sont sécurisées? C’est là que le chiffrement entre en scène. Le chiffrement est un processus qui recourt à un code secret pour modifier vos données. Ces modifications peuvent uniquement être décodées et lues par un destinataire disposant de la clé appropriée. Le chiffrement est un outil essentiel pour assurer la sécurité des informations sensibles et personnelles. Les numéros des cartes de crédit, les messages et les courriels, voire les dossiers médicaux, sont autant d’exemples où le chiffrement est utilisé. De nos jours, le chiffrement revêt une importance fondamentale dans le domaine de l’informatique et du transfert de données, mais ses origines remontent à des milliers d’années. Certains des premiers exemples de chiffrement (en anglais seulement) ont été observés parmi les hiéroglyphes de l’Égypte ancienne ainsi que les écrits mésopotamiens. Les Grecs et les Romains ont ensuite utilisé le chiffrement, de manière plus formelle. Si vous souhaitez en savoir davantage sur les origines du chiffrement, vous pouvez consulter notre article de blogue sur les principes fondamentaux de la cryptographie.
Les méthodes de cryptographie actuelles sont destinées à protéger nos données dans le contexte des ordinateurs existants. Toutefois, les progrès de la technologie de l’informatique quantique pourraient conduire à la mise au point d’un ordinateur capable de briser certaines méthodes de chiffrement (en anglais seulement) utilisées aujourd’hui.
Dans ce billet de blogue, nous verrons comment fonctionnent les ordinateurs quantiques et comment la cryptographie post-quantique vise à résister aux attaques des ordinateurs quantiques.
Des bits aux qubits
Les ordinateurs classiques, des téléphones mobiles utilisés par les particuliers aux serveurs centraux exploités par les grandes organisations, utilisent des bits (0 et 1) pour consigner les données. Les supports de données (comme les disques magnétiques, les mémoires flash ou d’autres dispositifs) utilisent également des bits pour stocker des données. En revanche, l’informatique quantique, qui en est actuellement aux prémices de la recherche et du développement, utilise des bits quantiques (ou « qubits ») pour effectuer des calculs. Alors qu’un bit classique est numérique et a toujours une valeur 0 ou 1, le qubit représente la superposition quantique linéaire de ces deux états simultanément. Cette propriété permet donc aux ordinateurs quantiques d’effectuer certains calculs plus rapidement que les ordinateurs classiques.
Naturellement quantique
Si le domaine de l’informatique quantique possède le potentiel pour faire évoluer diverses industries, les applications peuvent néanmoins être limitées. Afin d’en comprendre davantage sur ces utilisations et ces limites, il convient de s’appuyer sur des exemples tirés de la nature. Ainsi, la tâche qui consiste à déterminer l’efficacité de l’écoulement de l’eau dans un réseau de tuyaux pourrait s’avérer difficile à exécuter pour un ordinateur, tandis qu’elle serait plus simple au moyen d’une approche expérimentale. En réalisant une installation de tuyauterie et en y faisant circuler de l’eau, il est possible de mesurer alors l’écoulement grâce à un phénomène naturel et donc d’analyser l’efficacité de la conception, sans avoir recours à l’informatique!
Certains scientifiques utilisent les bits quantiques selon cette approche expérimentale. Ils recourent aux propriétés naturelles des particules composant les qubits pour accélérer la vitesse d’exécution de certains calculs. Comme les bits quantiques peuvent se trouver dans plusieurs états à la fois, ces scientifiques peuvent effectuer de nombreux calculs simultanément, permettant ainsi d’augmenter considérablement la vitesse globale de calcul.
Une réflexion similaire pourrait s’appliquer à d’autres exemples. En plaçant un objet dans un récipient d’eau, il est possible d’en calculer le volume. Ce « calcul » se fait rapidement en temps réel et peut s’appliquer aux volumes d’objets beaucoup plus grands, en utilisant simplement les caractéristiques naturelles de l’eau dans un contenant. Là encore, aucun ordinateur n’est nécessaire.
L’augmentation significative de la vitesse des ordinateurs quantiques pose un problème pour la cryptographie moderne. Même dotés des meilleures méthodes de chiffrement actuelles, ces ordinateurs mettraient un temps considérable (de l’ordre de plusieurs milliards d’années, sinon plus) à briser une seule clé de chiffrement. Toutefois, un ordinateur quantique doté d’un nombre suffisant de bits quantiques pourrait utiliser simultanément de nombreuses clés de chiffrement possibles et, par conséquent, effectuer un calcul dans un délai plus court. Un tel ordinateur quantique n’existe pas encore, mais il est probable que certaines méthodes de cryptographie puissent bientôt être brisées si un ordinateur quantique suffisamment grand est créé.
Les applications de l’informatique quantique, telles que nous les comprenons aujourd’hui, sont typiquement des problèmes « naturels » observés dans l’univers physique. L’application de ces mêmes principes à certains des concepts informatiques les plus courants, tels que les listes, les tableaux et les fonctions, n’est pas aussi intuitive. Dans de nombreux cas, l’utilisation d’ordinateurs quantiques pourrait s’avérer impossible ou peu pratique. La découverte de médicaments, l’optimisation de portefeuilles financiers (en anglais seulement), les prévisions climatiques et la résolution de problèmes logistiques complexes (en anglais seulement) sont autant d’exemples de domaines où il semble que l’informatique quantique pourrait être bénéfique. Toutefois, dans la mesure où les ordinateurs quantiques fonctionnent de manière fondamentalement différente des ordinateurs classiques, l’étendue de l’utilité de leurs applications utiles n’est pas connue à l’heure actuelle.
La protection sous un nouveau jour
Les mathématiques utilisées dans les méthodes de chiffrement actuelles sont considérées comme étant trop complexes pour que les ordinateurs actuels puissent les résoudre en temps opportun. À l’avenir, il est attendu que les ordinateurs quantiques seront capables d’effectuer ces calculs et de briser certains types de protections par chiffrement existantes.
Comment donc protéger nos informations des ordinateurs quantiques? C’est là que la cryptographie post-quantique (également connue sous le nom de cryptographie à résistance quantique) entre en scène. La cryptographie post-quantique n’est qu’une autre façon de dire « chiffrement à l’abri des ordinateurs classiques et quantiques ». Ces algorithmes sont conçus pour être sécurisés même face à l’informatique quantique, et ils sont destinés à remplacer les méthodes de chiffrement actuelles qui deviendront vulnérables aux attaques des ordinateurs quantiques.
La cryptographie post-quantique implique généralement l’utilisation de problèmes mathématiques considérés comme difficiles à résoudre pour les ordinateurs classiques et quantiques. La cryptographie basée sur les réseaux euclidiens ainsi que la cryptographie basée sur le hachage figurent parmi les exemples illustrant ce problème (en anglais seulement). L’avantage des méthodes de cryptographie post-quantique est qu’elles sont conçues pour être exécutées sur tous les types d’appareils, des serveurs de haute technologie aux petits appareils d’Internet des objets, et tout ce qui se trouve entre les deux.
La recherche en informatique quantique et en cryptographie post-quantique est menée en continu et des progrès sont réalisés dans tous les domaines. Il existe plusieurs approches pour développer des ordinateurs quantiques (en anglais seulement), comme les bits quantiques supraconducteurs, les ions piégés, les photoniques ou encore les bits quantiques topologiques. Ces plates-formes varient en matière de stabilité et d’extensibilité, mais elles ont toutes le potentiel nécessaire pour construire des ordinateurs quantiques utiles. À ce jour, des entreprises ont réussi à créer des ordinateurs basés sur des circuits quantiques (en anglais seulement) qui fonctionnent à l’échelle de centaines de qubits.
Rencontrer les constituants atomiques
Que devons-nous faire pour nous protéger nous-mêmes, ainsi que nos données, contre le développement des ordinateurs quantiques et leurs capacités? Aux États-Unis, le National Institute of Standards and Technology (NIST) a collaboré avec la communauté cryptographique au cours des dernières années afin de sélectionner les meilleurs algorithmes en matière de normes de cryptographie post-quantique (en anglais seulement). Quatre algorithmes de cryptographie post-quantique ont été normalisés et des techniques supplémentaires sont encore à l’étude.
Outre les travaux du NIST consacrés à la normalisation, le gouvernement du Canada a publié sa stratégie quantique nationale (SQN) en 2022. La SQN vise à faire du Canada un pionnier mondial du matériel et des logiciels d’informatique quantique. Elle se concentre également sur la protection de la vie privée des Canadiens dans un monde fondé sur l’informatique quantique ainsi que sur l’approbation conjointe du gouvernement et de l’industrie relativement au développement et à l’adoption de la technologie de métrologie quantique. La stratégie souligne que le gouvernement fédéral devra travailler en étroite collaboration avec les chercheurs, l’industrie et les autres gouvernements pour garantir la sécurité des données canadiennes à mesure que nous entrons dans l’ère de l’informatique quantique. Les gouvernements s’efforcent encore de comprendre les implications politiques de l’informatique quantique. Le Commissariat à la protection de la vie privée a un rôle à jouer pour la protection de la vie privée des Canadiens dans le cadre de l’évolution de ces technologies.
Au fur et à mesure que les algorithmes seront normalisés et disponibles pour leur mise en œuvre, il sera important que l’industrie commence à faire la transition vers l’utilisation de la cryptographie sécuritaire quantique. Cela est particulièrement vrai pour les données qui contiennent des informations sensibles et personnelles. Les particuliers et les entreprises devraient demeurer attentifs aux mises à jour concernant la cryptographie post-quantique et la manière dont elle peut être utilisée pour améliorer la protection de la vie privée.
Classique et quantique : Un monde enchevêtré
En résumé, le chiffrement est un outil essentiel aux fins de la protection des informations sensibles dans le monde numérique. Toutefois, l’essor de l’informatique quantique pourrait rendre vulnérables certaines méthodes de chiffrement actuelles. La cryptographie post-quantique tend à remplacer les méthodes de chiffrement actuelles par une cryptographie à résistance quantique.
Dans l’ensemble, il y a lieu d’être optimiste quant à l’avenir du chiffrement et de la sécurité des données au regard de l’informatique quantique. Au fur et à mesure que la recherche en cryptographie post-quantique, tout comme dans les domaines connexes de l’informatique quantique, se poursuit, nous pouvons nous attendre à voir apparaître de nouveaux algorithmes et de nouvelles technologies de métrologie quantique qui seront sécurisés contre les ordinateurs quantiques. Si l’informatique quantique soulève de nouveaux défis en matière de chiffrement, elle représente également une occasion de progrès et d’innovation dans de nombreux domaines importants.