Les protocoles QKD standard nécessitent une connaissance détaillée du fonctionnement interne des appareils. Crédit :Tan, Lim &Renner.
Des chercheurs de l'ETH Zürich et de l'Université nationale de Singapour ont mené une étude pour déterminer si la distillation des avantages, une technique de cryptographie classique qui n'a jusqu'à présent jamais été mise en œuvre avec succès, peut être appliqué aux systèmes de distribution de clés quantiques indépendantes du dispositif (DIQKD) dans le but de créer une clé secrète pour la communication entre différentes parties. Le terme DIQKD décrit une nouvelle forme de cryptographie quantique qui permet aux utilisateurs honnêtes de certifier la sécurité des informations en utilisant uniquement les statistiques de mesure observées.
Cela signifie que la sécurité est basée sur la détection de la non-localité quantique, qui garantit qu'aucune autre partie, à part les utilisateurs honnêtes, peut être corrélé à la clé générée. protocoles DIQKD, qui reposent sur les lois de la physique quantique, sont une adaptation d'approches plus traditionnelles de distribution de clés quantiques (QKD).
L'objectif clé des approches QKD conventionnelles est d'extraire une clé des corrélations obtenues en mesurant une série de systèmes quantiques. protocoles DIQKD, d'autre part, sont basées sur des observations passées suggérant que lorsque ces corrélations violent une inégalité de Bell, une clé sécurisée peut être extraite même si les différents appareils des utilisateurs ne sont pas entièrement caractérisés.
En d'autres termes, lors de l'évaluation de la sécurité des protocoles DIQKD, les utilisateurs n'ont pas besoin de supposer que les appareils communicants fonctionnent conformément à leurs spécifications. Cela contraste fortement avec la dépendance à l'appareil observée dans les protocoles QKD traditionnels, qui supposent généralement que les appareils connectés mettent en œuvre une gamme spécifique d'opérations quantiques.
Cette caractéristique unique de DIQKD permet d'améliorer considérablement la sécurité des communications et des échanges de données, car il reste sécurisé même si un attaquant parvient à influencer le comportement des appareils des utilisateurs. Cette sécurité accrue, cependant, s'accompagne souvent d'une limitation cruciale :atteindre des taux directeurs positifs, Les protocoles DIQKD nécessitent de faibles niveaux de bruit. Dans leur papier, Publié dans Lettres d'examen physique , Ernest Tan, Charles Lim et Renato Renner ont tenté de surmonter cette limitation en utilisant une technique de cryptographie connue sous le nom de "distillation d'avantage".
"Dans les années 1990, les cryptographes classiques ont proposé de générer des clés cryptographiques à partir du rayonnement de fond cosmique, " Renner a déclaré à Phys.org. " L'idée était que le rayonnement peut être mesuré partout, donc deux partis, dis Alice et Bob, qui voudrait communiquer secrètement, peut écouter le rayonnement et générer une clé commune à partir de celui-ci, qu'ils pourraient ensuite utiliser pour crypter leur canal de communication. Le problème (évident) est, bien sûr, qu'un adversaire, Veille, peut écouter le même rayonnement, et donc déduire la même clé aussi, donc ce ne serait pas secret."
Pour empêcher un tiers d'accéder à une communication privée entre deux personnes, les cryptographes ont introduit une technique connue sous le nom de distillation d'avantage. Cette technique permet à deux personnes qui communiquent (p. Alice et Bob) pour identifier les segments de rayonnement de fond cosmique où ils ont un avantage sur une partie intrusive (par exemple Eve).
En revanche, avec QKD, DIQKD peut fonctionner avec des appareils qui sont presque des "boîtes noires", requis uniquement pour satisfaire certaines hypothèses de sécurité minimales. Crédit :Tan, Lim &Renner.
Cela signifie que dans ces parties particulières du rayonnement, Les signaux mesurés d'Alice sont plus fortement corrélés à ceux de Bob qu'à ceux d'Eve. En conséquence, ces parties peuvent être utilisées pour générer une clé secrète à laquelle Eve ne peut pas accéder.
« Bien que cette idée semblait prometteuse, il n'a jamais fait son chemin vers des applications pratiques, " a déclaré Renner. " La raison en est que les hypothèses qui doivent être faites sur le rayonnement se sont avérées irréalistes. "
Le DIQKD et le scénario initialement envisagé pour la distillation avantageuse partagent plusieurs similitudes. Dans DIQKD, cependant, le rayonnement est remplacé par un signal constitué de paires de particules enchevêtrées, distribué par une source non fiable, qui peut même être contrôlé par le tiers, partie intrusive. Sur la base de cette similitude, les chercheurs ont cherché à déterminer si l'idée de distillation d'avantages est réellement applicable au DIQKD et si elle peut améliorer sa tolérance au bruit.
"Un défi principal dans DIQKD est que presque rien n'est connu sur les informations que l'adversaire Eve a pu recueillir, " expliqua Renner. " En principe, cette information pourrait même consister en une infinité de qubits. Nous avons donc dû utiliser et développer davantage des techniques de théorie de l'information qui nous permettent de caractériser de telles informations non structurées. »
En utilisant les techniques qu'ils ont développées, les chercheurs ont pu montrer que la distillation d'avantages est possible même dans des conditions de cryptographie extrêmes, comme dans DIQKD. Ils ont constaté que leur méthode permet d'améliorer les seuils de tolérance au bruit au-delà des valeurs précédemment connues, ce qui devrait faciliter la réalisation d'une démonstration expérimentale de DIQKD.
"Le Saint Graal dans la communauté de la cryptographie quantique est d'avoir une démonstration expérimentale entièrement fonctionnelle et sécurisée de DIQKD, " dit Renner. " Ceci, cependant, semble être très difficile, et nécessite un effort conjoint des chercheurs expérimentaux et théoriques."
Actuellement, plusieurs physiciens tentent d'améliorer les systèmes DIQKD existants :les expérimentateurs en réduisant le bruit dans les dispositifs communicants et les théoriciens en développant des protocoles moins exigeants en termes de tolérance au bruit. L'étude menée par Tan, Lim et Renner, qui appartient à cette dernière catégorie, pourrait à terme ouvrir la voie au développement de nouveaux frameworks DIQKD à la fois sécurisés et pleinement efficaces.
"Notre travail montre que la distillation d'avantage peut améliorer la tolérance au bruit de DIQKD, " dit Renner. " Cependant, notre analyse est très probablement assez loin d'être optimale, car certaines des méthodes (très puissantes) de la théorie de l'information quantique n'étaient pas utilisables dans le cadre de l'ID. Cela signifie que nous devons maintenant explorer si les techniques que nous avons utilisées peuvent être généralisées. »
© 2020 Réseau Science X
