La sécurité des communications numériques est aujourd'hui garantie par des algorithmes cryptographiques qui reposent sur des problèmes mathématiques considérés comme insolubles pour les ordinateurs classiques. RSA, Diffie–Hellman, ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, utilisé pour authentifier Bitcoin) et ECC (Elliptic Curve Cryptography) constituent la base de la sécurité de protocoles tels que TLS (Transport Layer Security), HTTPS (Hyper TexT Protocol Security), SSH (Secure Shell), VPN (Virtual Private Network), de signatures numériques et de certificats numériques de type X.509.
Cependant, l’avènement des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes menace de rendre ces systèmes vulnérables. L'algorithme Court vous permet de factoriser des entiers et de résoudre le logarithme discret en temps polynomial, compromettant la sécurité de RSA et ECC.
Pour cracker RSA (3 076 bits) ou ECDSA (256 bits), vous avez besoin de quelques milliers de qubits logiques.
La course vers ce qu'on appelle Jour Qle jour où les ordinateurs quantiques seront capables de déchiffrer le cryptage actuel a déjà commencé.
2. Informatique quantique et sécurité cryptographique
L'algorithme de Shor et la vulnérabilité des systèmes actuels
L'algorithme de Shor et ses variantes permettent de :
- factorisation d'entiers (RSA),
- résoudre le logarithme discret (DH, ECDH),
- craquer des signatures numériques basées sur des courbes elliptiques (ECDSA).
Ces problèmes sont considérés comme insolubles pour les ordinateurs classiques, mais peuvent être résolus en temps polynomial sur un ordinateur quantique doté d’un nombre suffisamment grand de qubits logiques.
Qubits logiques et qubits physiques
La construction d'ordinateurs quantiques tolérants aux pannes nécessite l'utilisation de codes informatiques Correction d'erreur quantique (QEC). Avec ce qu'on appelle Code des surfaces Environ 1 000 qubits physiques sont nécessaires pour chaque qubit logique ; avec des codes qLDPC (Contrôle de parité quantique à faible densité) 50 à 100 suffisent.
Cela signifie obtenir 2 000 qubits logiquesnécessaire pour enfreindre RSA‑3072, vous avez besoin :
- 2 millions de qubits physiques avec Surface Code, qui diminuent à 500 000 si tu ajoutes je Code couleur
- 100 000 à 200 000 qubits physiques avec les codes qLDPC
Tableau 1 — Capacités projetées des principaux acteurs du secteur quantique (2024-2029)
| Joueur | Code 2024 | Objectif du code 2029 | Qubits physiques 2029 | Qubits logiques 2029 | Cible de sécurité |
| Google supraconducteur | SC, Code des Surfaces | SC + Code Couleur | ~500 000 | ~1 000-2 000 (1 journal : 250-500 phy) | ECDSA-256 RSA2.048/3.072 |
| IBM supraconducteur | SC, Code des Surfaces | BB, code bivarié du vélo (qLDPC) | ~10 000 | ~200 (1 journal : 50 phy) | RSA – 2.048 |
| Iceberg / Sommet couches logicielles IonQ, Diraq, PsiQuantum, … | Simulation | GB, Code généralisé du vélo (qLDPC) | ~100 000 | ~1 000-2 000 (1 journal : 50-100 phy) | ECDSA-256 RSA2.048/3.072 |
| Atomes neutres Harvard, MIT, QuEra, etc. | Divers | qLDPC non local | N / A | N / A (1 journal : 3-4 phy) | ECDSA – 256 bits RSA2.048/3.072 |
Ces données suggèrent que la construction d’ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, capables de briser les protocoles RSA et ECDSA, est un objectif réaliste d’ici 2029.
3. Internet et sécurité : un écosystème crypto complexe
Sur Internet, différents protocoles de sécurité s'appliquent à différents niveaux du système OSI (Open Systems Inter-connection). À toutes les couches : couches 2 et 3 des réseaux, ainsi que couche 4 des couches transport et application.
- Niveaux d'application: HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure), S/MIME (Secure MultiPurpose Internet Mail Extension), PGP (Pretty Good Privacy), Kerberos, IKE (Internet Key Exchange)
- Niveau 4 – Transports: TLS (sécurité de la couche de transport)
- Gestion du réseau: SNMP (Protocole de gestion de réseau simple)
- Niveau 3 – Réseau: IPSec, MobileIP
- Niveau 2 – liaison de données: PAP/CHAP (Protocole d'authentification par mot de passe/Protocole d'authentification par défi)
La cryptographie est désormais devenue un élément essentiel de chaque protocole utilisé sur Internet, y compris tous les protocoles de routage réseau.
4. Cryptographie post-quantique (PQC) – Réponse du NIST
Le NIST a sélectionné cinq algorithmes qui deviendront les standards cryptographiques du futur. Trois sont déjà formellement approuvés (FIPS 203-205), tandis que deux sont à un stade avancé de normalisation.
Tableau 2 — Algorithmes PQC sélectionnés par le NIST
FIPS (Federal Information Processing Standard), ML (Module-Lattice), KEM (Key Encapsulation Mechanisms), DSA (Digital Signature Algorithm), MLWE (Module-Learning With Errors), SLH (Stateless Hash-based), NTRU (N-th Degree Truncated Polynomial Ring Unit), FALCON (Fast Fourier Lattice-based Compact signatures over NTRU), HQC (Hamming Quasi-cyclique)
5. Cryptographie basée sur un réseau
La plupart des algorithmes PQC approuvés sont basés sur latex (treillis) cryptographienotamment sur le problème Apprendre avec des erreurs (LWE) et sa variante Module‑LWE (MLWE).
Latex : structure et sécurité
Un réseau est une grille régulière de points dans l’espace. La sécurité vient de la difficulté de reconstruire une « bonne » base en ne connaissant qu’une « mauvaise » base.
« La mauvaise base est utilisée comme clé publique, tandis que la bonne base est la clé privée.
Figure 1 — Bonnes et mauvaises bases dans un treillis
Bonne base (vert) → vecteurs courts, structure simple
Mauvaise base (rouge) → vecteurs longs et entrelacés
Cette structure assure la sécurité des systèmes ML‑KEM et ML‑DSA
6. Distribution de clés quantiques (QKD)
QKD propose une approche physique de la génération de clés symétriques, basée sur les lois de la mécanique quantique.
Le protocole BB8 (Bennett et Brassard, 1984)
BB84 utilise des photons polarisés dans deux bases :
- Reclinéaire: ↔ (0), ↕ (1)
- Diagonale: ↘ (0), ↙ (1)
Figure 2 — Protocole BB84
Le protocole permet à deux utilisateurs (Alice et Bob) de générer une clé secrète à l'aide de photons polarisés. Chaque photon code un bit (0/1) dans l'un des deux socles: rectangulaire (↔/↕) ou diagonale (↘/↗). Alice choisit au hasard le mors et la base ; Bob mesure chaque photon en choisissant sa base au hasard.
Lorsque les bases correspondent, Bob obtient le bon bit ; lorsqu'ils diffèrent, le résultat est aléatoire. Après transmission, en effet, Alice et Bob communiquent les bases utilisées via un canal de transmission classique (parallèle au canal quantique) et ne conservent que les bits correspondant aux bases coïncidentes : c'est le clé brute.
Pour vérifier la sécurité, ils comparent une petite partie de la clé brute : un éventuel intercepteur (Eve), obligé de mesurer les photons, introduit des erreurs inévitables dues au principe d'incertitude et au théorème de non-clonage. Si le taux d’erreur est faible, ils appliquent une correction d’erreur et une amplification de la confidentialité, ce qui donne une clé finale sécurisée.
Le BB84 est considéré comme sûr car sa protection provient de lois physiques et non d'hypothèses informatiques.
Les autres protocoles QKD sont :
– Le BBM92 (Bennett, Brassard et Mermin, 1992), qui utilise le même schéma que BB84, mais utilise l'intrication quantique pour la transmission des photons,
– le protocole MDI-QKD (Indépendant du dispositif de mesure), qui utilise un nœud non fiable comme répéteur entre Alice et Bob et permet une transmission par téléportation entre les deux interlocuteurs évitant d'éventuelles attaques sur les détecteurs de photons,
– enfin le protocole DI-QKD (Device Independent), encore en phase de preuve de concept.
–
7. Comparaison des protocoles QKD
Tableau 3— Comparaison des protocoles QKD sur fibre
(Niveau de maturité technologique TRL (1 à 9)
8. QKD par satellite
Tableau 4 — Comparaison de DV‑QKD et CV‑QKD sur les satellites LEO
Dans le cas de la transmission de photons par radio, notamment via des satellites LEO (Low Earth Orbit), les protocoles QKD codent les photons selon deux alternatives : Variable discrète (DV) Et Variable en continu (CV). DV-QKD utilise BB84/BBM92, tandis que CV-QKD utilise le GG02 (Grosshans et Grangier, 2002) basé sur la modulation d'amplitude et de phase d'états cohérents. DV-QKD a été créé sur le satellite chinois LEO Micius avec des portées radio allant jusqu'à plus de 1 000 km.
9. Limites du QKD
Le Web de NSA (Agence Nationale de Sécurité) de 2021 met en évidence cinq problèmes critiques sérieux de QKD :
- Ne résout pas l'authentification
- Nécessite du matériel dédié
- Augmente les coûts et les risques internes
- La véritable sécurité dépend de l'ingénierie et non de la théorie
- Sensibilité au déni de service
Ces limitations expliquent pourquoi QKD ne remplacera pas la cryptographie classique, mais la complétera dans des scénarios spécifiques.
10. Répéteurs quantiques et Internet quantique
QKD sur fibre est limité à environ 100 km. Pour surmonter cette limite, vous avez besoin de :
- Répéteurs quantiquesbasé sur échange d'intrication, mémoires quantiques, purification d'intrication et codes correcteurs d'erreurs, QEC.
- Mémoires quantiques, constituent le goulot d'étranglement des répéteurs quantiques et ce qu'on appelle Internet quantiquepas tellement pour les temps de stockage (temps de stockage) de l'ordre de plusieurs millisecondes, mais en raison d'une durée de vie opérationnelle qui est loin du minimum de 1 à 3 ans d'un objectif industriel raisonnable pour les répéteurs quantiques. Les répéteurs classiques pour les liaisons à fibre optique durent quelques décennies, tant terrestres que sous-marines. Les satellites LEO (relais spatial) durent 5 à 7 ans.
- Distribution et purification des enchevêtrements à grande échelle
- QEC, correction d'erreur quantique
L’avenir sera un écosystème intégré :
- PQC pour une sécurité de bout en bout sur Internet
- QKD pour les backbones critiques de haute sécurité
- Répéteurs et commutateurs quantiques (ils emploient échange d'enchevêtrementbanques de mémoires à long stockage et QEC : elles sont des ordres de grandeur plus complexes que les répéteurs) à utiliser dans des portions limitées de réseaux quantiques (Îles Internet quantiques) pour proposer des services quantiques, tels que :
- Informatique quantique distribuée pour connecter des ordinateurs quantiques avec un faible nombre de qubits logiques
- Informatique aveugle pour les services aux utilisateurs qui ne peuvent pas être interceptés même par les fournisseurs de services
- Réseaux de capteurs avec l'utilisation de l'intrication pour les mesures de champs électriques, magnétiques, de température, etc.
11. Conclusions
La transition vers une sécurité post-quantique est inévitable. PQC assurera la sécurité des applications Internet, tandis que QKD offrira une protection physique des infrastructures critiques. Le NIST a établi les normes, les ordinateurs quantiques évoluent rapidement et le QKD mûrit sur la fibre et le satellite. Le résultat sera un écosystème de communications plus sécurisé et plus résilient, prêt pour l’ère quantique à partir de 2030.
Tout comme l'ordinateur quantique ne remplace pas les ordinateurs classiques, mais fournit co-processeurs capable de résoudre des problèmes insolubles, l’Internet quantique ne remplace pas l’Internet classique, mais en crée de nouveaux co-réseaux capable de proposer des services quantiques innovants.
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