La mécanique quantique pour protéger les données et les communications
Une recherche réalisée par les professeurs Frédéric Nabki et Ghyslain Gagnon
28 septembre 2021
La protection des données personnelles, des renseignements bancaires et des secrets industriels représente un enjeu de plus en plus important dans notre monde hyperconnecté. Pour mieux les protéger, Ghyslain Gagnon et Frédéric Nabki, tous deux professeurs-chercheurs à l’École de technologie supérieure (ÉTS), comptent recourir à la mécanique quantique pour fabriquer à faible coût des clés cryptographiques plus sécuritaires.
Rappelons qu’au cœur de tout système informatique sécurisé se trouve un mécanisme visant à échanger des clés cryptographiques. Pour être utiles et sécuritaires, ces clés doivent être purement aléatoires, en plus d’être générées toujours plus rapidement en raison notamment du nombre croissant de transactions produites par les chaînes de blocs.
Générer des bits de manière purement aléatoire
Dans les faits, un ordinateur parvient difficilement à générer des nombres aléatoires, car ses processeurs répondent à un ensemble de commandes prédéterminées. Dans le passé, des tricheurs ont réussi à remporter des loteries en prédisant la séquence des nombres qui seraient générés par le système de jeu. La technologie est maintenant plus robuste, car elle permet de générer des bits, notamment par la numérisation d’un processus physique aléatoire, tel que le bruit thermique. Malgré tout, cette méthode compte un certain nombre de brèches qui la rend vulnérable aux attaques.
Une technologie inventée par le professeur Bertrand Reulet et brevetée par Quantum eMotion arrive à générer un train de bits purement aléatoires grâce à un signal de nature quantique. Et comme ce système s’appuie sur des techniques et des algorithmes conçus pour détecter les tentatives de corruption, il est possible de vérifier que cet ensemble de bits a été généré aléatoirement.
Le défi : intégrer une clé cryptographique quantique à une puce standard
Un prototype fonctionnel, développé en collaboration par l'ÉTS et l'Université de Sherbrooke, a démontré que la technologie pouvait être intégrée à une carte électronique.
L’équipe des professeurs Gagnon et Nabki tentera de repousser les limites de ce prototype en l’intégrant à une puce CMOS standard. Si cette intégration fonctionne, elle permettra de fabriquer à faible coût une clé cryptographique quantique très sécuritaire qui sera compatible avec des circuits intégrés multifonctions. En d’autres mots, cette clé quantique pourrait être intégrée dans des objets usuels, ce qui est impossible actuellement.
« On estime qu’environ 230 000 nouveaux types de cyberattaques sont déployées chaque jour et que près de 50 % des groupes d’attaquants majeurs sont parrainés par des États. Ces données démontrent que la sécurisation des communications est un enjeu critique pour nos sociétés », a rappelé le professeur Gagnon.
Cette recherche, qui sera réalisée en collaboration avec Quantum eMotion, a reçu une subvention de 209 000 $ de la part du programme Prompt.
Service des communications et du recrutement étudiant
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