Avec la popularité croissante des applications de téléphonie mobile pour payer les achats aux caisses enregistreuses et aux pompes à essence, les utilisateurs aimeraient savoir que leurs informations financières personnelles sont à l'abri des cyberattaques. Pour la première fois, les chercheurs ont fait la démonstration d'un prototype d'appareil capable d'envoyer des clés secrètes incassables d'un appareil portable à un terminal.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs élaborent un schéma de transmission de clés quantiques à un débit suffisamment élevé pour assurer la sécurité des données tout en compensant le mouvement inévitable de la main humaine. Leur système prototype utilise des LED ultra-rapides et des miroirs mobiles pour envoyer une clé secrète à une vitesse de plus de 30 kilo-octets par seconde sur une distance de 0,5 mètre.

"L'idée est que ce gadget serait un objet mobile qui parle à quelque chose de fixe, " a déclaré Iris Choi de l'Université d'Oxford, l'un des auteurs de l'article. S'il est intégré à un téléphone portable, par exemple, l'appareil pourrait permettre des liens sécurisés vers des systèmes de paiement mobiles de communications en champ proche et des réseaux Wi-Fi intérieurs. Cela pourrait également améliorer la sécurité des guichets automatiques et aider à prévenir les attaques par écrémage des guichets automatiques, qui devraient coûter à l'industrie plus de 2 milliards de dollars par an.

Des clés faites de lumière

La technologie est un système de distribution de clés quantiques. La distribution de clés quantiques repose sur les caractéristiques d'un seul photon pour fournir un bit (un 1 ou un 0) afin de créer une clé cryptographique capable de chiffrer et de déchiffrer les informations. Les clés quantiques sont considérées comme sécurisées car si quelqu'un intercepte les bits quantiques puis les transmet, le fait même de les mesurer les modifiera.

"Lorsqu'un indiscret essaie de puiser dans le canal, cela changera le contenu de la clé, " a déclaré Choi. "Nous ne disons pas que cette technologie peut empêcher d'être écouté, mais si vous écoutez, nous savons que vous êtes là."

Le système contient six LED à cavité résonante, qui fournissent des spectres de lumière qui se chevauchent. Chacun des six est filtré dans une polarisation différente, divisé en paires pour représenter des 1 et des 0—horizontaux ou verticaux, diagonale ou anti-diagonale, circulaire à gauche ou circulaire à droite. Les LED à polarisation circulaire fournissent les bits de la clé, tandis que les autres paires sont utilisées pour mesurer la sécurité du canal et fournir une correction d'erreur. Toutes les quatre nanosecondes, l'un des canaux produit une impulsion d'une nanoseconde selon un motif aléatoire. De l'autre côté, six récepteurs polarisés captent la lumière de leurs LED correspondantes et convertissent les photons en clé.

Il est important de ne pas laisser un adversaire potentiel savoir quel canal a quelle polarisation, car cela révélerait quels bits étaient envoyés, mais il y aura toujours une légère variation dans la longueur d'onde émise par chaque LED, qui pourrait servir à les identifier et donner à un pirate un moyen de casser le code. Les chercheurs ont résolu ce problème en équipant à la fois l'émetteur et le récepteur de filtres qui ne sélectionnent qu'une partie de la lumière, donc ils brillent tous avec exactement la même couleur, quelle que soit la polarisation qu'ils produisent.

Diriger le faisceau

Une clé quantique doit être suffisamment longue pour garantir qu'un adversaire ne puisse pas la pirater simplement en devinant au hasard. Cela oblige le système à transmettre un grand nombre de bits en moins d'une seconde. Atteindre un taux de transmission de données aussi élevé nécessite à son tour que la plupart des photons arrivent là où ils sont censés aller.

Par conséquent, Choi a dit, l'innovation la plus importante du prototype est le système de direction. Même quelqu'un qui essaie de tenir parfaitement immobile a un mouvement dans sa main. L'équipe de recherche a mesuré ce mouvement en examinant comment le point d'un pointeur laser tremblait lorsqu'une personne tentait de le maintenir stable. Ils ont ensuite optimisé les éléments de conception du système de guidage du faisceau, tels que la bande passante et le champ de vision, pour compenser ce mouvement de la main.

Pour aider le détecteur à s'aligner correctement avec l'émetteur et à corriger davantage le mouvement de la main, le récepteur et l'émetteur contiennent tous deux une LED lumineuse avec une couleur différente de la LED de distribution de clé quantique qui agit comme une balise. Un détecteur de position de l'autre côté mesure l'emplacement précis de la balise et déplace un miroir de systèmes microélectromécaniques (MEMS) pour aligner la lumière entrante avec les fibres optiques du détecteur.

L'équipe a testé son idée avec un prototype portable fabriqué à partir d'équipements du commerce. Choi a déclaré que la conception pourrait probablement être facilement miniaturisée afin de transformer le système en un composant pratique pour un téléphone mobile de marques telles que Nokia, qui a participé à la recherche. Améliorer le protocole tout en gardant le même matériel pourrait également augmenter le taux de transmission, et d'autres modifications pourraient être apportées pour permettre à l'appareil de fonctionner sur de plus longues distances, par exemple, connecter avec un hub Wi-Fi.