Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Sécurité et performance de dispositifs de distribution de clé quantique à variables continues
Directrice de thèse:
Eleni DIAMANTI (LIP6)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
Le thème central du sujet proposé est l'étude et l'amélioration de dispositifs d'échange de clé
quantique à variables continues1. De tels dispositifs ont été mis au point à l'institut d'Optique et à
Thales Research and Technologies2, deux entités avec lesquelles Télécom Paristech et SeQureNet
ont des liens privilégiés. Ils permettent la création d'un flux de clé secrète aux deux extrémités d'un
lien optique constitué par une fibre optique Telecom ; la confidentialité des clés obtenues est
garantie par une preuve de sécurité qui s'appuie sur les caractéristiques physiques des dispositifs3,4.
Un premier axe de recherche constitue en l'amélioration de la sécurité pratique de l'échange de clés
quantique à variables continues. D'une part, les preuves de sécurité qui garantissent la
confidentialité des clés négociées s'appuient sur des hypothèses sur les dispositifs physiques5 ; ces
hypothèses sont le plus souvent simplificatrices - certains composants sont considérés comme
``parfaits'' - et, dans le cas de la technologie des variables continues, la nature de ces simplifications
ainsi que leurs implications sur la sécurité pratique restent à explorer. Ce travail pourrait en
particulier déboucher sur des contre-mesures à des chemins d'attaques que l'analyse des preuves
aurait permis d'identifier. D'autre part, on doit être en mesure d'assurer, idéalement grâce à des
techniques de preuve formelles, que le logiciel pilotant les dispositifs physiques fonctionne
correctement, même lors d'interactions avec des éléments hostiles. Ceci est particulièrement
important en vue d'une labellisation de la sécurité offerte par les dispositifs d'échange de clé
quantique à variables continues.
Des travaux seront également menés afin d'améliorer le débit de clé produit par les boîtiers, ce qui
constitue la principale mesure de la performance de l'échange de clé quantique. Là encore, il est
possible d'agir dans deux directions : d'une part, le logiciel de post-traitement des données brutes
issues des dispositifs optiques est aujourd'hui le goulot d'étranglement qui limite le débit final2; on
peut remédier à cette situation par de meilleures implémentations des techniques existantes, mais
aussi par la mise en œuvre de nouveaux algorithmes de traitement moins coûteux en calculs7, ou
même par la mise en œuvre de nouveaux protocoles pour lesquels le post-traitement à effectuer
serait plus simple8. D'autre part, si les progrès dans le domaine algorithmique sont suffisants, c'est le
dispositif optique lui-même dont le débit brut pourrait être augmenté.
Dans une logique industrielle, l'architecture des boîtiers optiques pourra enfin être examinée pour
tenter d'en réduire le coût de fabrication. La technologie des variables continues est prometteuse
pour fournir des dispositifs d'échange de clé quantique à un coût acceptable pour une intégration
dans les équipements de sécurité des réseaux de communications optiques, car elle n'utilise que des
composants Télécom standards2 ; cependant, les architectures utilisées actuellement conduisent à un
coût en composants environ un ordre de grandeur au delà de ce qui serait souhaitable pour un
développement commercial de la technologie.
Des avancées dans les directions mentionnées précédemment permettraient, dans un domaine où la
recherche théorique et expérimentale est très active, de faire un pas de plus dans la conception de
dispositifs d'échange de clé quantique fournissant une véritable plus-value pour la sécurité des
réseaux de télécommunications.
-#1 F. Grosshans,G. Van Assche, J. Wenger, R. Brouri, N. J. Cerf, and P. Grangier, Quantum key distribution using gaussian modulated coherent states, Nature 421, 238 (2003)
-#2 S. Fossier, E. Diamanti, T. Debuisschert, R. Tualle-Brouri, and P. Grangier, Field test of a continuous variable quantum key distribution prototype, New Journal of Physics 11, 045023 (2009)
-#3 F. Grosshans, Collective attacks and unconditional security in continuous-variable quantum key distribution, Physical Review Letters 94, 020504 (2005)
-#4 R. Garcia-Patron and N. J. Cerf, Unconditional optimality of Gaussian attacks against continuous-variable quantum key distribution, Physical Review Letters 97, 090503 (2006)
-#5 N. Gisin, S. Fasel, B. Kraus, H. Zbinden, and G. Ribordy, Trojan-horse attacks on quantum key distribution systems, Physical Review A 73, 022320 (2006)
-#6 Y. Zhao, C-H. F. Fung, B. Qi, C. Chen, and H-K. Lo, Quantum hacking: experimental demonstration of time-shift attack against practical quantum key distribution systems, Physical
Review A 78, 042333 (2008)
-#7 A. Leverrier, R. Alléaume, J. Boutros, Z. Zémor, and P. Grangier, Multidimensional reconciliation for continuous-variable quantum key distribution, Physical Review A 77, 042325 (2008)
-#8 A. Leverrier and P. Grangier, Unconditional security proof of long-distance continuous-variable quantum key distribution with discrete modulation, Physical Review Letters 102, 180504 (2009)
Doctorant.e: Jouguet Paul