Quantique, une technologie critique pour la cybersécurité

Certes, ce ne sera pas en 2024 qu’une attaque quantique se produira, mais plutôt dans une quinzaine d’années à en croire les experts du rapport 2023 émis par le Global Risk Institute (Quantum Threat Timeline Report). En effet, il existe une grande probabilité qu’une attaque quantique se fasse à cette période pour briser le chiffrement par clé publique (ou asymétrique) utilisée dans la cryptographie. Deux de ces experts avancent même la possibilité d’une attaque dans les cinq ans. C’est très inquiétant quand on sait que la cryptologie est présente absolument partout, de la sécurisation des communications 5G et Internet aux transactions bancaires ; ça l’est d’autant plus qu’il s’agit, selon Florent Grosmaitre, CEO de CryptoNext Security (startup fondée en 2019 et spinoff de Sorbonne Université, INRIA et CNRS), d’une attaque par force brute, non détectable : « Il est donc probable que le jour où cette menace se produira, cette information ne soit pas, en réalité, rendue publique.» Face à ce constat, l’Europe via l’European Policy Center, a même rédigé un document appelant l’UE à adopter un plan d’action coordonnée pour se préparer aux cyberattaques basées sur le quantique.  

Store Now and Decrypt Later n’est pas une fiction  

Selon Vasco Gomes, Global CTO CyberSecurity Products chez Eviden, filiale d’Atos, ces potentielles attaques sont bien réelles même s’il est compliqué de déterminer une date précise. « Ce n’est pas comme le bug de l’an 2000 où nous connaissions précisément la date. Avec le quantique, le contexte est différent, nous sommes encore dans l’incertitude, à l’heure actuelle, les ingénieurs/chercheurs travaillent toujours à la stabilisation des qubits, mais il suffit d’une avancée pour faire accélérer les choses. » Et comme le rappelle le porte-parole d’Atos, la technologie quantique est en réalité déjà accessible via les offres as a service dédiées. « De plus, rien n’empêche aujourd’hui un cybercriminel de capter des informations cryptées via le Wifi par exemple, de les stocker et de pouvoir les déchiffrer et les lire (ndlr : menace du Store Now and Decrypt Later) dès qu’il aura accès à de la puissance quantique. Bien sûr, la valeur d’une grande partie de ces informations n’aura peut-être que peu d’intérêt dans les 10 ans à venir, mais il y a toujours des données très critiques (propriété intellectuelle, activités sensibles et secrètes) qui peuvent déstabiliser une entreprise ou un état. » Un avis que partage aussi Guillaume Poupard, directeur général adjoint de Docaposte (ex-directeur de l’Anssi) : « C’est une menace réelle, des organisations qu’elles soient étatiques, privées ou autres récoltent déjà des données en prévision de les décrypter plus tard dès que la puissance quantique le permettra. J’aime à faire ce parallèle historique autour du projet Venona pour lequel les renseignements américains ont enregistré les communications russes pendant la Seconde Guerre mondiale et qu’ils ont, des années plus tard, pu en décrypter la moitié suite à une réutilisation des clés de chiffrement par les russes alors que ces clés étaient supposées ne servir qu’une seule fois. » Dans ce contexte, il est primordial que les organisations privées et publiques se préparent, dès maintenant, à un inventaire précis des risques potentiels sur les applications qui utilisent la cryptographie à clé publique. Car c’est bien tout le SI qui est menacé. Pour Nicolas Proust, directeur de la stratégie chez Pasqal, il faut aussi voir cette menace comme une opportunité pour les entreprises : « Considérons cette menace comme une évolution naturelle des technologies, cela signifie que l’architecture quantique arrivera à maturité et ouvrira à de nombreux cas d’usages dont la cybersécurité. » À ce titre, Pasqal promet, dès 2024, un ordinateur à 1000 qubits basé sur sa technologie à atomes neutres, et va officialiser l’installation de processeurs quantiques cette année sur deux sites de calcul haute performance, le premier en France et le deuxième en Allemagne. Les 1000 qubits en 2024 seront donc atteints sachant qu’il serait nécessaire de disposer de 2051 qubits pour casser une clé RSA de 1024 bits. Certes par sûreté, il est couramment recommandé que la taille des clés RSA soit au minimum de 2048 bits.  

Aujourd’hui, sans rentrer dans les détails techniques, la cryptographie repose sur des algorithmes symétriques (AES par exemple) et asymétriques comme RSA, DSA ou ECC pour chiffrer et déchiffrer les communications. Le protocole AES, sous condition de le renforcer, est théoriquement impossible à briser par l’informatique quantique même si des travaux ont montré qu’il pourrait être affecté ou affaibli par les algorithmes de Simon découvert par Daniel R. Simon en 1994 et de Grover découvert par Lov Grover en 1996. Toutefois, grosso modo, une quantité énorme de mémoire quantique serait nécessaire, laquelle ne sera pas accessible avant des dizaines d’années. En revanche, dans la décennie à venir, les protocoles à clé publique RSA et ECC sont, quant à eux, bien en danger en raison de l’algorithme de Shor, écrit par le mathématicien Peter Shor en 1994. En effet, Shor associé à la puissance quantique serait capable de trouver la factorisation en nombres premiers d’un entier donné, c’est justement inquiétant pour un protocole comme RSA qui se base sur les difficultés de la factorisation des grands nombres pour assurer sa sécurité. Même le protocole ECC (Elliptic Curve Cryptography), jugé plus sécurisé que le RSA, pourrait être déjoué par l’algorithme de Shor.  

En clair, l'algorithme de Shor implanté dans un ordinateur quantique rend vulnérable les protocoles asymétriques RSA, ECC et Diffie-Hellman, dans ces conditions quelle est la solution pour contrer cette immense menace ? La réponse est qu’il faut trouver des nouveaux algorithmes, ce que l’on appelle la cryptographie post quantique qui vise donc à proposer ces fameux algorithmes résistants. En 2017, le NIST, l’organisme fédéral américain de normalisation, avait lancé une compétition pour établir une standardisation des algorithmes post quantiques. En juillet 2022, les vainqueurs ont été publiés au nombre de quatre. Pour le premier, Crystals-Kyber, il s’agit déjà d’un algorithme pour le cryptage général, basé sur l’encapsulation pour chiffrer les clés. Parmi ses avantages figurent des clés de chiffrement relativement petites que deux parties peuvent échanger facilement, ainsi que sa rapidité de fonctionnement. Les trois autres (Crystals-Dilithium, Falcon et Sphincs+) ciblent la signature numérique, les deux premiers reposant sur des hypothèses de sécurité sur les réseaux euclidiens (structurés) et le dernier étant une construction fondée sur les fonctions de hachage. Sur la signature, les tests ont permis de constater la grande efficacité des deux premiers, le NIST recommande d’ailleurs Crystals-Dilithium comme algorithme principal associé à Falcon pour les applications nécessitant des signatures plus petites que celles que Dilithium peut fournir. Le troisième, Sphincs+, est un peu plus grand et plus lent que les deux autres, mais il est précieux comme sauvegarde pour une raison principale : il est basé sur une approche mathématique différente (construction en arbre de hachage) de celle des trois autres sélections du NIST.  

Le NIST, un organisme certes américain, mais aussi fédérateur au niveau international  

Soutenus donc par le NIST, ces algorithmes seront de facto des standards américains, mais aussi internationaux. AES en est un exemple, une norme NIST devenue un standard international. Pour Guillaume Poupard, directeur général adjoint de Docaposte, le NIST est un organisme de confiance d’autant que tous ces algorithmes émanent d’une recherche mondiale. Par exemple, l'algorithme Falcon a entre autres été développé par des équipes issues de Thales, de NCC Group, d’IBM et de la recherche universitaire internationale (dont l’université de Rennes 1). Quant à Sphincs+, cet algorithme a majoritairement été conçu par une équipe néerlandaise et belge. Cela dit, la mainmise des industriels américains est très forte sur les algorithmes notamment par IBM à en croire Michael Osborne, CTO IBM Quantum Safe / Security Research : « Ces trois algorithmes, CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium et Falcon, ont été développés en collaboration avec un certain nombre de partenaires industriels et universitaires, mais IBM en est le principal contributeur (lien vers https://research.ibm.com/blog/nist-quantum-safe-protocols). » Du côté de l'Europe, selon Florent Grosmaitre, CEO de CryptoNext Security, les recommandations des agences comme l’Anssi en France ou l'Office fédéral de la sécurité des technologies de l’information (BSI) en Allemagne ne sont pas strictement alignées avec les choix du NIST ; un algorithme comme Frodo-Kem est ainsi recommandé dans certains contextes. En outre, si on s’en tient à la sélection du NIST, ces algorithmes doivent désormais être normalisés. « Le NIST est en train d’écrire ces normes, ces dernières devraient être accessibles dès la fin du premier semestre de cette année », affirme Vasco Gomes, Global CTO CyberSecurity Products chez Eviden, filiale d’Atos. Plus tôt les normes seront dictées, plus vite les organisations publiques et privées pourront commencer à mettre en œuvre des algorithmes dans leurs environnements. D’ores et déjà, le NIST encourage les experts en sécurité à explorer ces nouveaux algorithmes - sans les implémenter pour l’heure - et à réfléchir à la manière dont leurs applications les utiliseront.  

Et la cryptographie quantique...

Aux côtés de la cryptographie post quantique (qui exploite des algorithmes de chiffrement classiques) dont nous parlions précédemment, il existe aussi la cryptographie quantique (distribution quantique de clés ou quantum key distribution pour QKD) dont le principe consiste à exploiter la mécanique quantique pour transporter des clés de chiffrement de façon plus sécurisée. Le but serait de créer des clés cryptographiques presque impossibles à intercepter ou à craquer. Mais, contrairement à la cryptographie post quantique qui reste déployable à grande échelle dans les entreprises, car indépendante des infrastructures physiques, la cryptographie quantique nécessite, quant à elle, une infrastructure de communication dédiée et sans réelles capacités de routage. D’une manière générale, cette technique, encore limitée et peu mature, n’est pour l’heure pas considérée par l’Anssi et les autres organismes équivalents européens (BSI en Allemagne, NLNCSA aux Pays-Bas, etc.) comme une contre-mesure appropriée pour atténuer la menace quantique. Les priorités devraient donc être la migration vers la cryptographie post quantique et/ou l’adoption d’une clé symétrique.  

La sécurisation des applications et plus généralement du SI vers la cryptographie post quantique (PQC) est vue comme cruciale. Chez Atos, on dit même que ce sera la transformation technologique la plus complexe de l’histoire d’autant qu’une grande majorité du business mondial est désormais digitalisée. Pour l’heure, selon Vasco Gomes, Global CTO CyberSecurity Products chez Eviden, filiale d’Atos, peu d’entreprises ont pris ce sujet au sérieux, de plus, il subsisterait un manque de compréhension et d’exécution de la part des entreprises, lesquelles estiment également avoir beaucoup de temps devant elles. Si la migration paraît assez complexe selon nos interlocuteurs, elle ne le sera pas forcément pour les applications Saas des grands éditeurs qui seront capables de proposer des mises à jour compatibles vers la cryptographie post quantique, en revanche, pour les autres services et les multiples applications métiers obsolètes, notamment dans le secteur industriel et même la santé (avec les multiples équipements médicaux connectés), c’est une autre histoire. Il faudra bien plus que des mises à jour et c’est toute la chaîne du SI qui pourrait être concernée.  

En attendant la normalisation des algorithmes qui devrait arriver mi-2024, les entreprises se doivent de faire ce travail d’inventaire du patrimoine qui exploite la cryptographie à clé publique (asymétrique), notamment, ces applications et services dits critiques. Ce travail se fera souvent par l’intermédiaire de prestataires et de fournisseurs qualifiés dans ce domaine. Par exemple, Eviden, la filiale cyber d’Atos a développé de nombreux outils et services qui aident les entreprises à opérer leur migration dans les meilleures conditions, cela passe par du conseil bien sûr, mais aussi des solutions technologiques, l’éditeur a d’ailleurs déjà débuté des tests autour de ces algorithmes post quantiques. De son côté, pour une migration efficace, IBM ou plus exactement les experts IBM de Quantum Safe insistent déjà sur une prise de conscience et une bonne compréhension de l’impact sur les solutions critiques pour l’entreprise. « Après cela, des initiatives planifiées peuvent être apportées, et parmi celles-ci, citons la possibilité de générer un inventaire cryptographique dans les pipelines de développement CI/CD, de demander aux fournisseurs des nomenclatures de logiciels, d’ajouter une journalisation supplémentaire pour identifier la cryptographie dans les environnements opérationnels ou encore de moderniser des applications afin que la cryptographie puisse être automatiquement mise à jour », détaille Michael Osborne, CTO IBM Quantum Safe / Security Research.  

Vers une approche hybride  

Pour Guillaume Poupard, directeur général adjoint de Docaposte, un changement de standard reste compliqué, la migration peut s’étaler sur plusieurs années d’où la nécessité de s’y intéresser dès maintenant. En outre, le dirigeant recommande de ne basculer d’un coup vers ces algorithmes post quantiques. « Le meilleur choix est de combiner une approche hybride soit un chiffrement classique et un chiffrement qui résiste aux attaques quantiques, une forme de redondance en quelque sorte. Il ne faut pas oublier que ces nouveaux algorithmes post quantiques vont être testés par des cyberattaquants dont l’objectif est de trouver leur faiblesse, une faille exploitable, cette menace existait déjà pour RSA… chez Docaposte, nous sommes concernés de par notre métier et nous appliquerons les standards du NIST comme tout le monde. Nous avons toutefois pris de l’avance dans un domaine, celui de l’archivage où nous avons mis en place un mécanisme de scellement d’archives et d’attestations de conservation. Ce système est basé sur un modèle hybride conçu pour résister aux attaques venant d’ordinateurs quantiques. » Pour la startup française CryptoNext Security, déjà identifiée parmi les leaders mondiaux autour de la PQC, toutes les organisations vont avoir à conduire des plans de transition vers le post quantique qui dureront, selon Florent Grosmaitre, CEO de CryptoNext Security, plusieurs années. « Les organisations peuvent engager deux actions à court terme. D’une part, un inventaire de la cryptographie déployée, associé à la cartographie des données critiques pour notamment établir des priorités ; et d’autre part, le lancement de projets pilotes pour tester des solutions techniques et acquérir l’expertise nécessaire pour la construction de ces plans de transition vers le post quantique », détaille le dirigeant de la startup.

CryptoNext a développé Quantum Safe Remediation Suite, une suite logicielle de transition vers le post quantique basée sur sa librairie logicielle de cryptographie résistante au quantique. « Notre librairie, cœur technologique, implémente de manière sécurisée et performante l’ensemble des algorithmes sélectionnés par le NIST ou par les agences européennes, pour des environnements variés, y compris pour le domaine de l'embarqué. Notre offre permet le déploiement en mode hybride de cette cryptographie post quantique dans les infrastructures conformément aux recommandations des agences de sécurité », indique Florent Grosmaitre. D’ores et déjà, CryptoNext Security déploie ses solutions, en mode pilote, pour le secteur de la défense (NATO, MBDA…), l’industrie bancaire (Banque de France, Deutsche Bundesbank, Société Générale…), le secteur énergétique et des infrastructures critiques, ou encore pour des éditeurs et fabricants de systèmes de cybersécurité (Thales, Atos Eviden…) en Europe ou aux États-Unis. « N’oublions pas que le premier télégramme diplomatique sécurisé en post quantique a été envoyé depuis l’Ambassade de France aux États-Unis au ministère des Affaires étrangères en France en décembre 2022 au moment de la visite d’État du Président Macron aux États-Unis, avec l’appui des technologies CryptoNext », conclut Florent Grosmaitre.  

À retenir

A en croire les experts, dans le futur, le quantique pourrait potentiellement ouvrir à de multiples usages dans l’IA, la santé, la finance, la cybersécurité, pour mieux contrer les diverses menaces et plus précisément dans la lutte contre la fraude, contre le blanchiment d'argent ainsi que dans la prévision des krachs financiers. Par exemple, IBM et ses clients en informatique quantique dans les services financiers explorent comment l'informatique quantique pourrait améliorer la détection actuelle des fraudes. Dans un article de 2022 intitulé Mixed Quantum-Classical Method For Fraud Detection with Quantum Feature Selection et publié dans IEEE Transactions on Quantum Engineering, le CERN, IRIS Analytics et IBM ont montré des résultats qui ont conduit à une précision améliorée de la méthode quantique/classique mixte. Précisons que cette expérience combine plusieurs solutions et technologies conçues par IBM dont l’usage d’ordinateurs quantiques de plus de 100 qubits, d’IBM Safer Payments pour sécuriser les paiements et le framework de calcul quantique Qiskit. IBM a aussi évalué le gain d’une telle expérience. Ainsi, dans un rapport de l'IBM Institute for Business Value, les services financiers soutenus par l'informatique quantique pourraient potentiellement bénéficier d'un gain de 5 milliards de dollars. Autre apport de l’informatique quantique dans la cyber, elle pourrait permettre de mieux lutter contre les malwares par rapport à une plateforme XDR par exemple. Dans ce cas précis, la puissance du quantique aiderait à détecter les déviations par rapport aux comportements attendus en analysant de façon très fine toutes les routines de l’utilisateur. La réponse aux incidents est également un domaine dans lequel la puissance du quantique pourrait apporter une grande avancée, notamment dans les délais de réponse qui pourraient être instantanés, bref du vrai temps réel. Bien sûr, tout cela restera à confirmer, n’oublions pas que l’informatique quantique n’en est qu’à ses débuts.