EP4406184A1 - Système et méthode de génération de clé secrète sûre - Google Patents

Système et méthode de génération de clé secrète sûre

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Publication number
EP4406184A1
EP4406184A1 EP22782874.6A EP22782874A EP4406184A1 EP 4406184 A1 EP4406184 A1 EP 4406184A1 EP 22782874 A EP22782874 A EP 22782874A EP 4406184 A1 EP4406184 A1 EP 4406184A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
secret key
communication station
local
encrypted
kek
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22782874.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benoit TRANIER
Jean Didier GAYRARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4406184A1 publication Critical patent/EP4406184A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0861—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0869—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords involving random numbers or seeds
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0819—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
    • H04L9/0822—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) using key encryption key
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/14—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using a plurality of keys or algorithms

Definitions

  • the present invention relates to the field of information technology security and more particularly to the field of key distribution by satellites via quantum channels.
  • Figure 1 schematically represents the architecture of a quantum channel which allows two users, Alice (the code transmitter) and Bob (the code receiver), to establish a common secret key.
  • the key is a sequence of bits, random, which can therefore take the value 0 or 1 .
  • Alice encodes each bit of the key according to two polarization modes of a photon prepared by Alice, the choice of the polarization mode is random.
  • Alice notes for each bit (therefore each photon) the randomly chosen polarization mode.
  • Bob notes the detection result (the photon has passed the filter, or the photon has not passed the filter), as well as the chosen orientation of the filter.
  • the key exchange (or more precisely: the establishment of the key) by a quantum channel is done simply, via an optical communication channel carried by optical fibre.
  • the exchange of single polarized photons (or very low intensity light pulses) through a fiber does not allow Alice and Bob to exchange these photons beyond the 100km which represent the asymptote of the probability of 100% absorption of the photons by the material that makes up the optical fiber.
  • FIG. 2A schematically illustrates a known trusted node key generation device from the prior art.
  • the trusted node manipulates in plain text the key established with Alice (Key A) and the key established with Bob (Key B).
  • This trusted node is positioned equidistant between Alice and Bob and extends the range of key establishment by quantum channels to 200km.
  • the trusted node relies on the disposable mask technique to pass this key A to Bob.
  • the trusted node performs an "XOR" (exclusive OR logic gate) between Alice's key and Bob's key.
  • the technique of the disposable mask is based on the following principle. Any message that must be encrypted will be encrypted by a strictly random key, the size of the message and which will be combined with the clear message to arrive at the encrypted message. Decryption will be performed by performing the reverse operation on the encrypted message using the same secret key. This technique has been demonstrated theoretically safe by Claude Shannon, and this, whatever regardless of the means available to the attacker, provided that they respect 3 absolutely fundamental rules:
  • the key must be as long as the message to be encrypted
  • the key must be strictly random, the elements which constitute the key (bits or characters) of the key must all be independent of each other.
  • Each of the keys (or mask) must only be used once to encrypt a single message.
  • this first solution requires that the trusted nodes, which handle the keys in plain text, be secured with a very high level of security which involves significant additional costs and operational constraints. Then, this type of solution is difficult, if not impossible, to set up to interconnect two users separated by an ocean (difficult and expensive to implement trusted nodes every 100km in the ocean).
  • the second solution is to exchange photons in a free field and therefore from space.
  • the 100 kilometer limit of optical fiber is no longer applicable and it is possible to distribute encryption keys to two users located anywhere on earth via QKD channels from space.
  • This configuration is illustrated in Figure 2B.
  • it is the satellite which acts as a trusted node since it will establish a key A with Alice and a key B with Bob to then transmit to Bob the key A ⁇ key B on a clear classic communication channel and authenticated.
  • Bob holder of key B, will be able to extract key A from Alice by performing an XOR of key B with the sequence Key A ⁇ Key B that the satellite will have sent back to him.
  • the satellite if it is in low orbit, moves relatively to Alice and relatively to Bob. So, regardless of the distance between Alice and Bob, the satellite acts as a mobile trusted node capable of establishing Key A and Key B and distributing the Key A ⁇ Key B combination that allows Alice and Bob to share a common secret key (Key A).
  • the memorisation/storage of the keys is carried out at the level of the access points on the ground in interface with the satellites.
  • an object of the invention is a system and a method for generating a secure secret key using the disposable mask encryption technique (OTP) to make it possible to produce and distribute a larger number of secure secret keys.
  • the secure secret keys are generated from a first secret key initially established by QKD, via a satellite in orbit around the earth.
  • QKD first secret key initially established by QKD
  • OTP disposable mask encryption technique
  • an object of the invention is a method for generating a secure secret key comprising the following steps:
  • A. receive, in a so-called transmitter communication station, a first secret key via a satellite quantum encryption channel, said first secret key also being transmitted to at least one other communication station via said quantum encryption channel;
  • the method of the invention comprises a step E, subsequent to step D, consisting in decrypting, in the other communications station or stations, said encrypted secret key using the first secret key, so as to obtain said second secret key which forms said secure secret key.
  • the first secret key, the second secret key and the encrypted secret key are coded in binary, the generation of the encrypted secret key being carried out by the XOR logic gate combining the first secret key and the second secret key, the decryption of the encrypted secret key being performed by the XOR logic gate combining the encrypted secret key and the first secret key.
  • steps B to E are repeated a plurality of times, in order to form a plurality of secure secret keys, all generated from the first secret key.
  • the method of the invention comprises a subsequent step F, consisting in encrypting a non-random message using said or a said secure secret key and then transmitting the encrypted non-random message from one communication station to another communication station and comprising a subsequent step G, consisting in decrypting said encrypted non-random message using said secure secret key.
  • step A is repeated twice before step B, in order to receive, in a first communication station, a first secret key A and a first secret key B, different from the first secret key A, the first key and the second key also being transmitted to a second communication station, via said quantum channel, and in which the steps B to D are carried out by the first communication station to generate a first secret key encrypted at from the first secret key A and a second secure secret key A generated by the first communication station and transmitting it to said second communication station, said method comprising additional steps D'E, F', G' and H , performed by said first communication station, said step D E consisting of:
  • step F' consisting in generating a so-called common secret key by the disposable mask technique from the second key secure secret A and the second secure secret key B, said step G' consisting of:
  • step H consisting in decrypting, in said first local communication station, said first local secret key encrypted using the first local secret key, so obtaining said common secret key.
  • step D'E comprises the decryption, in the second communication station, of said first secret key encrypted with the first secret key A so as to obtain said second secure secret key A
  • step F' comprises the generation, in the second communication station, of said so-called common secret key by the technique of the disposable mask from the second secure secret key A and the second secure secret key B
  • said method comprising a step G', which comprises:
  • step H comprises decrypting, in the second local communication station, said second encrypted local secret key using the second secret key local, so as to obtain said common secret key.
  • the method comprises a step I, subsequent to step H, and carried out by the first local communication station, consisting in encrypting a non-random message using said common secret key then transmitting the encrypted non-random message to the second local communication station, said method comprising a step J, subsequent to step I, and performed by the second local communication station, consisting in decrypting said encrypted non-random message using said common secret key.
  • the first secret key and the second secret key are of the same length.
  • the encryption of the non-random message is carried out by a symmetric encryption method, for example block or stream encryption.
  • a communication station called a first communication station, for generating a secure secret key, said first communication station being adapted to receive a first secret key via a quantum encryption channel. by satellite, said first secret key also being transmitted to at least one other communication station via said quantum encryption channel, said first communication station comprising an encryption module suitable for:
  • TRNG genuine random source
  • Another object of the invention is a system comprising the first communication station, and comprising said other communication stations and said satellite, said other communication stations being suitable for decrypting said encrypted secret key using the first secret key, so as to obtain said second secret key which forms said secure secret key.
  • Another object of the invention is an assembly for generating a secure secret key, said assembly comprising said first communication station and comprising a first local communication station, said first communication station being suitable for:
  • Another object of the invention is a system comprising the assembly, the satellite, a second local communication station, and comprising a second communication station comprising an encryption module, the second communication station being suitable for:
  • the communications stations are on the ground and spaced apart from each other by more than 100 km.
  • FIG.1 a schematic view of a QKD device according to the prior art
  • FIG.2A a schematic view of a prior art satellite QKD key generation device
  • FIG.2B a schematic view of a prior art trusted node key generation device
  • FIG.3A a schematic view of a system for generating a secure secret key according to the invention
  • FIG.3B a schematic view of a method for generating a safe secret key according to the invention
  • FIG.3C a schematic view of a method for generating a secure secret key according to a preferred embodiment of the method of the invention
  • FIG.4A a schematic view of a system for generating a secure secret key according to one embodiment of the invention
  • FIG.4B a schematic view of a method for generating a secure secret key according to a preferred embodiment of the method of the invention
  • FIG.5A a schematic view of a system for generating a secure secret key according to one embodiment of the invention
  • FIG.5B a schematic view of a method for generating a safe secret key according to the invention
  • FIG.5C a schematic view of a preferred embodiment of the method of Figure 5B
  • FIG.6A a schematic view of a system according to one embodiment of the invention
  • FIG.6B a schematic view of a method for generating a secure secret key according to the invention
  • FIG. 3A illustrates a schematic view of a system 1 for generating a secure secret key according to the invention comprising at least two communications stations SA, SB and a satellite Sat.
  • FIG. 3A illustrates an embodiment in which the system 1 comprises a first and a second communication station SA, SB.
  • the system of the invention comprises more than two communication stations.
  • FIG. 3B schematically illustrates a method for generating a secure secret key according to the invention, implemented by the first communication station SA of the system 1.
  • the communication station SA is adapted to receive a first secret key KEK by the satellite Sat via a quantum encryption channel CQAB-
  • This first secret key KEK is also transmitted to at least one other communication station SB -that is to say to the station SB in the system illustrated in FIG. 3A- via the quantum encryption channel CQAB-
  • This step is known to those skilled in the art and consists of a classic distribution by QKD by satellite (see figure 2B).
  • the satellite Sat acts as a trusted node connecting the station SA to the station SB and the stations SA and SB can therefore be spaced apart by a distance greater than 100 km which constitutes the limit of a QKD channel through optical fiber.
  • the first communication station SA is adapted to generate a second secret key KS from an authentic random source TRNG (True Random Numbers Generator).
  • TRNG Truste Random Numbers Generator
  • This TRNG source is known to those skilled in the art.
  • this source can be a source of quantum randomness: QRNG (Quantum Random Numbers Generator).
  • QRNG Quantum Random Numbers Generator
  • the hazards are produced on the basis of unpredictable quantum phenomena.
  • the first communication station SA In a step C, the first communication station SA generates an encrypted secret key KC from the first secret key KEK and the second secret key KS by the disposable mask method (OTP).
  • the first secret key and the second secret key are of the same length (key size in English). More generally, in the remainder of the description, all the steps implementing the disposable mask technique combine two keys which are of the same length.
  • the method of FIG. 3B comprises a final step D consisting in transmitting the encrypted secret key KC from the first station station SA to the other communication stations, that is to say to the station SB in the mode of embodiment of FIG. 3A.
  • This transmission is carried out by means of a secure and authenticated channel CS AB connecting the stations SA and SB.
  • Steps B to D are performed by the Mod module of the first communication station SA.
  • the second secret key KS forms the secure secret key.
  • a user UB of the station SB has the ability to decipher the encrypted secret key KC, with the first secret key KEK which was distributed by the satellite Sat via QKD in such a way to obtain the second secret key KS (see method of FIG. 3C).
  • step B of the method of the invention ie generation of the second secret key
  • a single first secret key KEK obtained by QKD allows the production of a plurality of secure secret keys via the disposable mask method by combining these secure secret keys with the first secret key KEK.
  • the KEK key here is a cryptographic primitive which makes it possible to securely exchange the second secure secret keys.
  • the method of the invention thus makes it possible to considerably reduce the number of secret keys to be distributed by QKD via satellite, providing an elegant solution to the problem posed by the low rate of keys delivered by this technique.
  • the techniques implemented in the method of the invention (QKD and OTP) being resistant to the quantum threat, the method of the invention makes it possible to increase the availability of a global QKD system for a large number of users. interconnected to the ground.
  • the second secure secret keys KS are in fact random “messages”, so the reuse of the same key does not pose any risk.
  • the following example illustrates why the method of the invention is safe. It is assumed that a user UA of station SA produces two second keys KS1 and KS2 which he decides to encrypt with the same key KEK in order to transfer them to UB, user of station SB. It is assumed that these keys are binary encoded.
  • the encryption step of the encrypted secret key therefore consists of XORing the first and the second secret key.
  • KC1 ⁇ KC2 KEK ⁇ KS1 ⁇ KEK ⁇ KS2,
  • KC1 ⁇ KC2 KS1 ⁇ KS2.
  • KC1 KEK ⁇ KS1 ,
  • KC2 KEK ⁇ KS2
  • KC1 ⁇ KC2 KS1 ⁇ KS2.
  • the fact that the second secret keys are random messages therefore allows UA and UB to encrypt them using the same first secret key KEK without compromising the security of the encryption. It is noted that all the steps of the method of FIG. 3B are implemented by the first station SA and are therefore "localized" in the same geographical area, instead of being distributed over different stations spaced several hundred apart. or thousands of kilometers.
  • FIG. 3C illustrates a preferred embodiment of the method of the invention.
  • This method is implemented by the system 1 of FIG. 3A, also including the satellite Sat and the station SB.
  • the method of FIG. 3C comprises a step E, subsequent to step D and implemented by the communications stations to which the encrypted secret key KC has been transmitted, that is to say the station SB in the embodiment of Figure 3A.
  • This step E consists in decrypting the encrypted secret key KC using the first secret key KEK, so as to obtain the second secret key KS which forms the secure secret key.
  • This step is necessary so that the two stations SA and SB benefit from the secure secret key that they can later use to encrypt non-random messages that they wish to exchange.
  • the second secret key and the encrypted secret key are coded in binary.
  • the generation of the encrypted secret key KC is carried out by the logic gate XOR combining the first secret key KEK and the second secret key KS.
  • each encryption step by OTP consists of an XOR of the keys used for the encryption and that each encryption step d
  • a key encrypted by OTP consists of an XOR of the encrypted key with one of the two keys used for encryption by OTP.
  • steps B to E are repeated a plurality of times, in order to form a plurality of safe secret keys KSi, KS 2 , ..., KS n all generated from the first secret key KEK.
  • Figure 4A illustrates an embodiment of system 1 of the invention adapted to implement the method of Figure 4B.
  • This method is a preferred embodiment of the method of FIG. 3C and makes it possible to exchange a non-random message M between the stations SA and SB.
  • the method of FIG. 4B comprises two additional steps F and G.
  • Step F carried out in one of the communications stations, for example SA, consists of:
  • the method of Figure 3D includes a final step G, consisting of decrypting the encrypted non-random message MC using the secure secret key KS.
  • the method of FIG. 4B is the purpose of the method of the invention. It makes it possible to exchange a plurality of non-random encrypted messages MCi, MC 2 , ..., MC n using a plurality of secure secret keys KSi, KS 2 , ..., KS n all generated from of the first secret key KEK.
  • step F the encryption of the non-random message is not carried out using the disposable mask method by using one of the secure secret keys KS generated by the method of the invention. Indeed, suppose UA does this encryption. It therefore encrypts a first message M1 with a second secret key KS1 which was transmitted to it encrypted in the form KEK ⁇ KS1 , then it encrypts a second message M2 with a second secret key KS2 which was also transmitted to it in the form KEK ⁇ KS2. In this case, Eve will still be able to intercept encrypted messages and perform a few operations to recover information:
  • Eve has the encrypted secret keys KC1, KC2 at her disposal. It can combine the encrypted secret keys KC1 , KC2 with MC1 , MC2 to obtain:
  • the encryption of the random message is carried out by a symmetrical encryption method, for example block or stream encryption.
  • FIG. 5A illustrates a secure key generation system 2 which is a particular embodiment of the device 1 of the invention, illustrated in Figure 3A.
  • system 2 comprises a first local communication station SLA and a second local communication station SLB.
  • stations SA and SB both include an encryption module Mod.
  • FIG. 5B schematically illustrates a method for generating a secure secret key according to the invention, implemented by the SA+SLA assembly of system 2. As will be explained later, the method of FIG. 5B allows two users UA and UB of the local station SLA and SLB respectively to locally establish a common secret key K A B via the station SA or SB with which the local station SLA or SLB is respectively connected.
  • the advantage of this system 2—and of the associated method— is that it enables the users UA and UB to avoid the management of the QKD distribution by the satellite Sat with the stations SA and SB.
  • the communication with the satellite takes place at the level of “gateway” stations SA, SB, to which the end users UA and UB are connected by short-distance quantum channels, for example by fiber.
  • step A of the method of the invention is repeated twice before step B, in order to receive, in the first communication station SA, a first secret key A, denoted KEK A , and a first secret key B, denoted KEK B , different from the first secret key A.
  • these first secret keys KEK A and KEK B are distributed by QKD by the Sat satellite via the QC A B channel and are also transmitted to the second communication station SB in the same way. It is necessary for the two stations SA and SB to be able to store first secret keys KEK A and KEK B distributed by QVK via the satellite Sat.
  • steps B to D of the method of the invention are carried out by the first communication station SA to generate a first encrypted secret key KC A .
  • This key KC A is generated from the first secret key KEK A and a second secure secret key A, denoted KS A .
  • This key KS A is generated by the first communication station SA via the authentic random source and is transmitted to the second communication station SB.
  • the method further comprises the additional steps D'E, F', G' and H, carried out by the first communication station SA, the step D'E consisting of:
  • Step G′ of the method of FIG. 5B consists of:
  • This CLA channel is a simple QKD type quantum channel connecting the SA station and the SLA station via optical fibre. Also, the distance between these SA and SLA stations is less than 100 km.
  • Step H of the method of FIG. 5B consists in decrypting, in the first local communication station SLA, the first encrypted local secret key KLC A using the first local secret key KL A , so as to to obtain the common secret key K AB .
  • the different steps of the method of FIG. 5B are implemented by the SA+SLA assembly and are therefore "localized" in the same geographical area, instead of being distributed at different stations spaced several hundreds or thousands of kilometers apart.
  • a Tissue of the method of Figure 5B, and with certain steps implemented by the stations SB and SLB (see method of Figure 5C) the users UA and UB have a common secret key K A B and known of themselves and that they can use to secure their communications.
  • this operation can be repeated with the same pair of KEK A and KEK B as many times as UA and UB will have to communicate but also for any other user of the system.
  • the users UA and UB have no way of tracing the pair of first secret keys KEK A and KEK B which are used by the stations SA and SB to establish other common secret keys for other users.
  • This pair of first secret keys KEK A and KEK B therefore remains safe and confidential.
  • Figure 5C which illustrates a preferred embodiment of the method of Figure 5B. This method is implemented by the system 2 of FIG. 5A and not only by the SA+SLA set, like the method of FIG. 5B.
  • step D E further comprises the decryption, in the second communication station SB, of the first encrypted secret key KC A with the first secret key KEK A so as to obtain said second secure secret key A KS A .
  • Step F' of the method of FIG. 5C comprises the generation, in the second communication station SB, of the common secret key K AB by the disposable mask technique from the second secure secret key KS A and the second safe secret key B KS B .
  • step G′ further comprises: i. distributing a second local secret key KL B to a second local communication station SLB via a second local quantum channel CLB.
  • CLB is a QKD-type quantum channel connecting the SB station and the SLB station via optical fiber.
  • the distance between these stations SB and SLB is less than 100 km ii. generating, by the disposable mask method, a second encrypted local secret key KLC B from the second local secret key KL B and the common secret key K AB , and iii. transmitting said second encrypted local secret key KLC B to the second local communication station SLB.
  • step H of the method of FIG. 5C comprises the decryption, in the second local communication station SLB, of the second encrypted local secret key KLC B using the second local secret key KL B , so as to obtain said common secret key K A B-
  • the users UA and UB of the local communication stations SLA and SLB have a common secret key K AB and known only to them and that they can use to secure their communications.
  • the operators UA and UB have no way of tracing the pair of first secret keys KEK A and KEK B issued by the stations SA and SB and used to generate the common secret keys for other users.
  • the key pair KEK A and KEK B can be used for all users and as many times as these users wish without compromising the security of the common secret key generated. This result is demonstrated below.
  • we have an XOR between two random secret sequences which does not allow UA (or UB) to go back to one of the first secret keys KEK A and KEK B stored by the stations SA and SB or even to go back to the second safe secret keys KS B and KS B.
  • the station SA only needs two first secret keys KEK A , KEK B distributed by QKD in common with the station SB to be able, at any time, to establish a common secret key which may be distributed to users who request it. Satellites no longer need to establish large amounts of secret keys in advance.
  • the common secret keys can be produced very quickly on demand by the stations SA and SB, which makes it possible to increase the number of users on the ground and therefore the overall availability of the system 2.
  • Figure 6A illustrates an embodiment of the system 2 of the invention adapted to implement the method of Figure 6B.
  • This method is a preferred embodiment of the method of Figure 5C.
  • the method of FIG. 6B comprises a step I, subsequent to step H, and carried out by the first local communication station SLA, consisting in encrypting a non-random message M using said common secret key K A B then transmitting the encrypted non-random message MC to the second local communication station SLB.
  • This message is preferentially exchanged via the secure channel and authenticated CS A B-
  • the method of FIG. 6B comprises a step J, subsequent to step I, and carried out by the second local communication station, consisting in decrypting said non-random message encrypted using the common secret key K AB .
  • the method of Figure 6B is the purpose of the method of Figure 5C. It allows the stations SLA and SLB to exchange a plurality of non-random messages encrypted using a plurality of common secret keys K AB , all generated locally by the stations SA and SB from a single pair of secret firsts KEK A , KEK B .
  • the transmissions of the first and second encrypted secret keys KC A , KC B are carried out by a secure and authenticated channel such as the CS AB channel, using a “Message Authentication Code” calculated on the basis of a common authentication key.
  • the communications stations SA and SB are on the ground and spaced apart from each other by more than 100 km. Indeed, when the stations SA and SB are closer than this distance, a simple QKD channel connecting the two stations via optical fiber is sufficient to exchange secure secret keys.

Landscapes

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Abstract

Méthode de génération d'une clé secrète sûre comprenant les étapes suivantes : A. recevoir, dans une station de communication (SA) dite émettrice, une première clé secrète (KEK) via un canal de cryptage quantique (CQAB) par satellite (Sat), ladite première clé secrète étant également transmise à au moins une autre station de communication (SB) via ledit canal de cryptage quantique; B. générer, dans ladite station émettrice, une deuxième clé secrète (KS) à partir d'une source d'aléas authentique (TRNG); C. générer, une clé secrète chiffrée (KC) à partir de la première clé secrète (KEK) et la deuxième clé secrète (KS) par la méthode du masque jetable; D. transmettre ladite clé secrète chiffrée (KC) de la station émettrice (SA) vers la ou les autres stations de communications (SB).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Système et méthode de génération de clé secrète sûre
Domaine technique :
[0001] La présente invention concerne le domaine de la sécurité des technologies de l’information et plus particulièrement le domaine de la distribution de clé par satellites via des canaux quantiques.
Technique antérieure :
[0002] Depuis toujours, il existe la nécessité d’échanger, par un canal de communication public, des informations sensibles qui doivent rester secrètes. Supposons que deux personnes, Alice et Bob, souhaitent échanger, au travers d’un canal de communication public authentifié (par exemple internet), des informations sensibles à l’abri des regards indiscrets. Pour cela ils doivent chiffrer leurs messages. Appelons Eve, la personne qui souhaite intercepter ces messages. Alice doit, à l’aide d’une fonction cryptographique publiée (c’est à dire non secrète) et d’une clé secrète, chiffrer ses messages avant de les envoyer à Bob au travers d’un canal public. Lorsque Bob reçoit les messages chiffrés, il doit, à l’aide de la même fonction cryptographique et de la même clé secrète qu’Alice, les déchiffrer pour pouvoir accéder aux informations en clair.
[0003] Se pose maintenant le problème de la clé secrète partagée entre Alice et Bob : comment est-elle générée, comment est-elle échangée de façon sécurisée et à l’abri des regards indiscrets ?
[0004] Lors des échanges sécurisés sur internet, l’établissement d’une clé secrète partagée est effectué à l’aide de techniques reposant sur la cryptographie é clé publique que nous ne détaillons pas ici. Une nouvelle solution a été imaginée à la fin du XXème siècle. Elle propose d’utiliser un canal quantique qui permet à Alice et à Bob d’établir une clé secrète commune en échangeant des particules quantiques (ex : des photons) sans qu’Eve ne puisse remonter à la clé. Néanmoins, cette technique de distribution des clés par des canaux quantiques (QKD en anglais pour Quantum Key Distribution) souffre de quelques limitations qui rendent difficile son application à un grand nombre d’utilisateurs et sur de très longues distances. Ce qui pourrait, à terme, rendre cette technique peu attractive et donc pas assez rentable pour générer des opportunités industrielles.
[0005] La figure 1 représente schématiquement l’architecture d’un canal quantique qui permet, à deux utilisateurs Alice (l’émetteur du code) et Bob (le récepteur du code), d’établir une clé secrète commune. La clé est une séquence de bits, aléatoires, pouvant donc prendre comme valeur 0 ou 1 . Pour transmettre cette clé, Alice encode chaque bit de la clé selon deux modes de polarisation d’un photon préparé par Alice, le choix du mode de polarisation est aléatoire. Alice note pour chaque bit (donc chaque photon) le mode de polarisation aléatoirement choisi. A l’aide d’un filtre polarisant et d’un détecteur de photons pouvant être orienté alternativement selon deux modes de polarisation choisis aléatoirement, Bob note le résultat de détection (le photon a passé le filtre, ou le photon n'a pas passé le filtre), ainsi que l'orientation choisie du filtre.
[0006] Une fois toute la séquence de qubits transmise, Alice envoie à Bob les modes de polarisation employés pour chaque qubit par un canal clair authentifié. Bob peut alors déduire la valeur des bits pour lesquels l'orientation de polarisation a été la même. Il connaît alors avec certitude N bits en moyenne pour 2N bits transmis par Alice, cette séquence étant appelée clé réconciliée.
[0007] Enfin, Alice et Bob se mettent d'accord sur un sous-ensemble de la clé réconciliée. Ils comparent alors s'ils ont obtenu les mêmes bits dans ce sous- ensemble : si oui, ils utilisent le reste de la clé pour dériver une clé cryptographique. S'il y a un désaccord, le processus est recommencé. En effet, le théorème de non clonage garantit qu'en cas d'écoute, Eve force le photon sur un mode de polarisation (qui n'est pas forcément celle d'Alice). Alors, si Eve devine correctement le mode d'Alice avec une probabilité de 50 %, alors 25 % des bits de la clé de réconciliation seront en désaccord. De manière générale, en sacrifiant n bits de la clé de réconciliation, Alice et Bob peuvent détecter un éventuel espion sur le canal avec une probabilité de 1 - Q .
[0008] Au niveau des réseaux sols, l’échange de clé (ou plus précisément : l’établissement de clé) par un canal quantique se fait simplement, via un canal de communication optique porté par de la fibre optique. Néanmoins, l’échange de photons polarisés uniques (ou d’impulsions lumineuses de très faible intensité) au travers d’une fibre ne permet pas, à Alice et à Bob, d’échanger ces photons au-delà des 100km qui représentent l’asymptote de probabilité d’absorption à 100% des photons par le matériau qui compose la fibre optique.
[0009] En conséquence, l’architecture des réseaux de canaux quantiques est fortement impactée par cette contrainte physique. Deux solutions ont été imaginées pour palier à cette limitation des 100km.
[0010] La première solution envisagée est de propager les clés par des noeuds dits "de confiance" (ou "trusted nodes") placés à intervalles réguliers (tous les 100 kilomètres par exemple). La figure 2A illustre schématiquement un dispositif de génération de clé par nœud de confiance connu de l’art antérieur. Le nœud de confiance manipule en clair la clé établie avec Alice (Clé A) et la clé établie avec Bob (Clé B). Ce nœud de confiance est positionné à équidistance entre Alice et Bob et permet d’allonger la portée d’établissement de clé par canaux quantiques à 200km. Ensuite, le nœud de confiance s’appuie sur la technique du masque jetable pour transmettre cette clé A à Bob. Pour cela, le nœud de confiance effectue un « XOR » (porte logique OU exclusif) entre la clé d’Alice et la clé de Bob. Par « XOR », on entend ici et dans la suite du document le fait de combiner deux clés par la porte logique « ou exclusif » ou « XOR », de symbole ©. Le résultat est transmis à Bob par un canal clair authentifié. Bob, qui détient la clé B, pourra de nouveau effectuer un XOR entre la séquence reçue du nœud n°2 et sa clé (Clé B) pour recouvrer la clé d’Alice (Clé A).
[0011] Cette première solution repose sur la propriété de la fonction XOR : A © B © B = A © (B © B)=o = A mais aussi sur la technique de chiffrement par masque jetable (OTP en anglais pour One Time Pad cryptography) qui garantit qu’il n’est pas possible de remonter à la clé A et/ou à la clé B par la seule connaissance de la séquence Clé A © Clé B. La technique du masque jetable repose sur le principe suivant. Tout message qui doit être chiffré le sera par une clé strictement aléatoire, de la taille du message et qui sera combinée au message clair pour aboutir au message chiffré. Le déchiffrement sera effectué en effectuant l’opération inverse sur le message chiffré en utilisant la même clé secrète. Cette technique a été démontré théoriquement sûre par Claude Shannon, et ce, quels que soient les moyens dont dispose l’attaquant à condition de respecter 3 règles absolument fondamentales :
- La clé doit être aussi longue que le message à chiffrer,
- La clé doit être strictement aléatoire, les éléments qui constituent la clé (bits ou caractères) de la clé doivent tous être indépendant les uns des autres.
- Chacune des clés (ou masque) ne doit être utilisée qu’une seule fois pour chiffrer un seul message.
[0012] Néanmoins, cette première solution requiert que les noeuds de confiance, qui manipulent les clés en clair, soient sécurisés avec un très fort niveau de sécurité qui implique des surcoûts et des contraintes opérationnelles non négligeables. Ensuite, ce type de solution est difficile, voire impossible, à mettre en place pour interconnecter deux utilisateurs séparés par un océan (difficile et coûteux d’implémenter des noeuds de confiance tous les 100km dans l’océan).
[0013] La deuxième solution est de procéder à des échanges de photons en champ libre et donc depuis l’espace. Dans ce cas, la limite des 100 kilomètres de la fibre optique n’est plus applicable et il est possible de distribuer à deux utilisateurs localisés n’importe où sur terre des clés de chiffrement par l’intermédiaire de canaux QKD depuis l’espace. Cette configuration est illustrée dans la figure 2B. Dans ce cas, c’est le satellite qui fait office de nœud de confiance puisqu’il va établir une clé A avec Alice et une clé B avec Bob pour ensuite transmettre à Bob la clé A © clé B sur un canal de communication classique clair et authentifié. Au sol, Bob, détenteur de la clé B, sera capable d’extraire la clé A d’Alice en effectuant un XOR de la clé B avec la séquence Clé A © Clé B que le satellite lui aura redescendu. Ici, le satellite, s’il est en orbite basse se déplace relativement à Alice et relativement à Bob. Donc, quelle que soit la distance qui sépare Alice et Bob, le satellite agit comme un nœud de confiance mobile capable d’établir la Clé A et la Clé B et de distribuer la combinaison Clé A © Clé B qui permettent à Alice et à Bob de partager une clé secrète commune (Clé A).
[0014] La technique de distribution de clé quantique depuis l’espace souffre néanmoins de quelques défauts majeurs qui sont : - L’indisponibilité des canaux optiques par mauvais temps (présence de nuages ou même de pollution atmosphérique : aérosols),
- La faiblesse des débits de clés qui est de quelques kilobits par seconde dans le meilleur des cas (satellite en orbite basse avec protocole Préparer et Mesurer)
- La nécessité de mémoriser, en avance de phase des besoins utilisateurs, les clés établies sur un laps de temps assez long (quelques mois). La mémorisation/stockage des clés est effectuée au niveau des points d’accès au sol en interface avec les satellites.
[0015] Ces défauts ne permettent d’envisager l’extension de ce type d’infrastructure à un très grand nombre d’utilisateurs au sol (< à 1000). A ce jour, l’emploi de la QKD depuis l’espace n’est envisagé que pour sécuriser des échanges entre des administrations étatiques et des systèmes d’intérêts vitaux comme peuvent l’être l’infrastructure de production d’énergie par exemple.
[0016] L’invention vise à pallier certains problèmes de l’art antérieur. A cet effet, un objet de l’invention est un système et une méthode de génération d’une clé secrète sûre utilisant la technique de chiffrement par masque jetable (OTP) pour permettre de produire et de distribuer un nombre plus important de clés secrètes sûres aux utilisateurs sol. Dans l’invention, les clés secrètes sûres sont générées à partir une première clé secrète initialement établie par QKD, via un satellite en orbite autour de la terre. Ainsi, une seule première clé secrète obtenue par QKD est nécessaire pour produire une pluralité de clés secrètes sûres. Les deux techniques, QKD et OTP, étant résistantes à la menace quantique, la méthode de l’invention permet d’augmenter la disponibilité d’un système global de QKD pour un grand nombre d’utilisateurs interconnectés au sol tout en garantissant la sécurité face à la menace des ordinateurs quantiques.
Résumé de l’invention :
[0017] A cet effet, un objet de l’invention est une méthode de génération d’une clé secrète sûre comprenant les étapes suivantes :
A. recevoir, dans une station de communication dite émettrice, une première clé secrète via un canal de cryptage quantique par satellite, ladite première clé secrète étant également transmise à au moins une autre station de communication via ledit canal de cryptage quantique ;
B. générer, dans ladite station émettrice, une deuxième clé secrète à partir d’une source d’aléas authentique;
C. générer, une clé secrète chiffrée à partir de la première clé secrète et la deuxième clé secrète (par la méthode du masque jetable;
D. transmettre ladite clé secrète chiffrée de la station émettrice vers la ou les autres stations de communications.
[0018] Selon un mode de réalisation préféré, la méthode de l’invention comprend une étape E, ultérieure à l’étape D, consistant à déchiffrer, dans la ou les autres stations de communications, ladite clé secrète chiffrée à l’aide de la première clé secrète, de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète qui forme ladite clé secrète sûre.
[0019] De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation préféré, la première clé secrète, la deuxième clé secrète et la clé secrète chiffrée sont codées en binaire, la génération de la clé secrète chiffrée étant réalisée par la porte logique XOR combinant la première clé secrète et la deuxième clé secrète, le déchiffrement de la clé secrète chiffrée étant réalisé par la porte logique XOR combinant la clé secrète chiffrée et la première clé secrète.
[0020] De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation préféré, les étapes B à E sont répétées une pluralité de fois, afin de former une pluralité de clé secrètes sûres, toutes générées à partir de la première clé secrète.
[0021] De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation préféré, la méthode de l’invention comprend une étape ultérieure F, consistant à chiffrer un message non aléatoire à l’aide de ladite ou d’une dite clé sécrète sûre puis à transmettre le message non aléatoire chiffrée d’une station de communication vers une autre station de communication et comprenant une étape ultérieure G, consistant à déchiffrer ledit message non aléatoire chiffré à l’aide de ladite clé secrète sûre.
[0022] Selon un mode de réalisation préféré, l’étape A est répétée deux fois avant l’étape B, afin de recevoir, dans une première station de communication, une première clé secrète A et une première clé secrète B, différente de la première clé secrète A, la première clé et la deuxième clé étant également transmises à une deuxième station de communication, via ledit canal quantique, et dans laquelle les étapes B à D sont réalisées par la première station de communication pour générer une première clé secrète chiffrée à partir de la première clé secrète A et d’une deuxième clé secrète sûre A générée par la première station de communication et la transmettre à ladite deuxième station de communication, ladite méthode comprenant des étapes additionnelles D’E, F’, G’ et H, réalisées par ladite première station de communication, ladite étape D’E consistant à :
- recevoir une deuxième clé secrète chiffrée générée par la deuxième station de communication à partir de la première clé secrète B et d’une deuxième clé secrète sûre B générée par la deuxième station de communication, et
- déchiffrer, ladite deuxième clé secrète chiffrée avec la première clé secrète B de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre B, ladite étape F’, consistant à générer une clef secrète dite commune par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A et de la deuxième clé secrète sûre B, ladite étape G’ consistant à :
- distribuer, une première clef secrète dite locale à une première station de communication locale, via un premier canal quantique local,
- générer, par la méthode du masque jetable, une première clé secrète locale chiffrée à partir de la première clef secrète locale et de la clé secrète commune, et
- transmettre ladite première clé secrète locale chiffrée à ladite première station de communication locale ladite étape H, consistant à déchiffrer, dans ladite première station de communication locale, ladite première clé secrète locale chiffrée à l’aide de la première clef secrète locale, de manière à obtenir ladite clé secrète commune.
[0023] De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation préféré, l’étape D’E comprend le déchiffrement, dans la deuxième station de communication, de ladite première clé secrète chiffrée avec la première clé secrète A de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre A, et dans laquelle l’étape F’ comprend la génération, dans la deuxième station de communication, de ladite clef secrète dite commune par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A et de la deuxième clé secrète sûre B, ladite méthode comprenant une étape G’, qui comprend :
- distribuer une deuxième clef secrète dite locale à une deuxième station de communication locale, via un deuxième canal quantique local,
- générer, par la méthode du masque jetable, une deuxième clé secrète locale chiffrée à partir de la deuxième clef secrète locale et de la clé secrète commune, et
- transmettre ladite deuxième clé secrète locale chiffrée à ladite deuxième station de communication locale, et dans laquelle ladite étape H comprend le déchiffrement, dans la deuxième station de communication locale, de ladite deuxième clé secrète locale chiffrée à l’aide de la deuxième clef secrète locale, de manière à obtenir ladite clé secrète commune.
[0002] De manière préférentielle, la méthode comprend une étape I, ultérieure à l’étape H, et effectuée par la première station de communication locale, consistant à chiffrer un message non aléatoire à l’aide de ladite clé secrète commune puis à transmettre le message non aléatoire chiffrée à la deuxième station de communication locale, ladite méthode comprenant une étape J, ultérieure à l’étape I, et effectuée par la deuxième station de communication locale, consistant à déchiffrer ledit message non aléatoire chiffré à l’aide de ladite clé secrète commune.
[0003] De manière préférentielle, la première clé secrète et la deuxième clé secrète sont de même longueur.
[0004] De manière préférentielle, le chiffrement du message non aléatoire est réalisé par une méthode de chiffrement symétrique, par exemple chiffrement par bloc ou par flot. [0005] Un autre objet de l’invention est une station de communication, dite première station de communication, pour génération d’une clé secrète sûre, ladite première station de communication étant adaptée pour recevoir une première clé secrète via un canal de cryptage quantique par satellite, ladite première clé secrète étant également transmise à au moins une autre station de communication via ledit canal de cryptage quantique, ladite première station de communication comprenant un module de cryptage adapté pour :
- générer une deuxième clé secrète à partir d’une source d’aléas authentiques (TRNG)
- générer une clé secrète chiffrée à partir de la première clé secrète (KEK) et la deuxième clé secrète par la méthode du masque jetable
- transmettre ladite clé secrète chiffrée auxdites autres stations de communications.
[0006] Un autre objet de l’invention est un système comprenant la première station de communication, et comprenant lesdites autres stations de communications et ledit satellite, lesdites autres stations de communications étant adaptés pour déchiffrer ladite clé secrète chiffrée à l’aide de la première clé secrète, de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète qui forme ladite clé secrète sûre.
[0007] Un autre objet de l’invention est un ensemble pour génération d’une clé secrète sûre, ledit ensemble comprenant ladite première station de communication et comprenant une première station de communication locale, ladite première station de communication étant adaptée pour :
- recevoir une première clé secrète A et une première clé secrète B, différente de la première clé secrète A via ledit canal de cryptage quantique, la première clé et la deuxième clé étant également transmise à une deuxième station de communication, via ledit canal quantique
- générer une première clé secrète chiffrée à partir de la première clé secrète A et d’une deuxième clé secrète sûre A générée par la première station de communication, et la transmettre à ladite deuxième station de communication, - recevoir une deuxième clé secrète chiffrée, générée par la deuxième station de communication, à partir de la première clé secrète B et d’une deuxième clé secrète sûre B générée par la deuxième station de communication, et
- déchiffrer, ladite deuxième clé secrète chiffrée avec la première clé secrète B de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre B,
- générer une clef secrète dite commune par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A et de la deuxième clé secrète sûre B,
- distribuer, une première clef secrète dite locale à ladite première station de communication locale, via un premier canal quantique local,
- générer, par la méthode du masque jetable, une première clé secrète locale chiffrée à partir de la première clef secrète locale et de la clé secrète commune, et
- transmettre ladite première clé secrète locale chiffrée à ladite première station de communication locale ladite première station de communication locale étant adaptée pour déchiffrer ladite première clé secrète locale chiffrée) à l’aide de la première clef secrète locale, de manière à obtenir ladite clé secrète commune
[0008] Un autre objet de l’invention est un système comprenant l’ensemble, le satellite, une deuxième station de communication locale, et comprenant une deuxième station de communication comprenant un module de cryptage, la deuxième station de communication étant adaptée pour :
- déchiffrer, dans la deuxième station de communication, de ladite première clé secrète chiffrée avec la première clé secrète A de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre A,
- générer une clef secrète dite commune par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A et de la deuxième clé secrète sûre B, générer, dans la deuxième station de communication, de ladite clef secrète dite commune par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A et de la deuxième clé secrète sûre B
- distribuer une deuxième clef secrète dite locale à la deuxième station de communication locale, via un deuxième canal quantique local
- générer, par la méthode du masque jetable, une deuxième clé secrète locale chiffrée à partir de la deuxième clef secrète locale et de la clé secrète commune et
- transmettre ladite deuxième clé secrète locale chiffrée à ladite deuxième station de communication locale, la deuxième station de communication locale étant adaptée pour déchiffrer ladite deuxième clé secrète locale chiffrée à l’aide de la deuxième clef secrète locale, de manière à obtenir ladite clé secrète commune.
[0009] De manière préférentielle, dans le système, les stations de communications sont au sol et espacées les unes des autres de plus de 100 km.
[0010] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
Brève description des figures :
[0011] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
[0012] [Fig.1] une vue schématique d’un dispositif de QKD selon l’art antérieur,
[0013] [Fig.2A], une vue schématique d’un dispositif de génération de clé par QKD par satellite de l’art antérieur,
[0014] [Fig.2B], une vue schématique d’un dispositif de génération de clé par nœud de confiance de l’art antérieur,
[0015] [Fig.3A], une vue schématique d’un système de génération d’une clé secrète sûre selon l’invention, [0016] [Fig.3B], une vue schématique d’une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon l’invention,
[0017] [Fig.3C], une vue schématique d’une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon un mode de réalisation préféré de la méthode de l’invention
[0018] [Fig.4A], une vue schématique d’un système de génération d’une clé secrète sûre selon un mode de réalisation de l’invention,
[0019] [Fig.4B], une vue schématique d’une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon un mode de réalisation préféré de la méthode de l’invention
[0020] [Fig.5A], une vue schématique d’un système de génération d’une clé secrète sûre selon un mode de réalisation de l’invention,
[0021] [Fig.5B], une vue schématique d’une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon l’invention,
[0022] [Fig.5C], une vue schématique d’un mode de réalisation préféré de la méthode de la figure 5B,
[0023] [Fig.6A], une vue schématique d’un système selon un mode de réalisation du de l’invention,
[0024] [Fig.6B], une vue schématique d’une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon l’invention,
[0025] Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle.
Description détaillée :
[0026] La figure 3A illustre une vue schématique d’un système 1 de génération d’une clé secrète sure selon l’invention comprenant au moins deux stations de communications SA, SB et un satellite Sat. A titre d’exemple non limitatif, la figure 3A illustre un mode de réalisation dans lequel le système 1 comprend une première et une deuxième station de communication SA, SB. Alternativement, selon un autre mode de réalisation, le système de l’invention comprend plus de deux stations de communication.
[0027] La figure 3B illustre schématiquement une méthode de génération d’une clé secrète sure selon l’invention, mise en oeuvre par la première station de communication SA du système 1 . [0028] Dans une première étape A de la méthode de l’invention, la station de communication SA est adaptée pour recevoir une première clé secrète KEK par le satellite Sat via un canal de cryptage quantique CQAB- Cette première clé secrète KEK est également transmise à au moins une autre station de communication SB -c’est-à-dire à la station SB dans le système illustré en figure 3A- via le canal de cryptage quantique CQAB- Cette étape est connue de l’homme de l’art et consiste en une distribution classique par QKD par satellite (cf figure 2B). Dans le système de l’invention, le satellite Sat fait office de nœud de confiance reliant la station SA à la station SB et les stations SA et SB peuvent donc être espacées d’une distance supérieure à 100 km qui constitue la limite d’un canal QKD par fibre optique.
[0029] Dans une étape B de la méthode de l’invention, la première station de communication SA est adapté pour générer une deuxième clé secrète KS à partir d’une source d’aléas authentique TRNG (True Random Numbers Generator). Cette source TRNG est connue de l’homme de l’art. Par exemple, cette source peut être une source d’aléa quantique : QRNG (Quantum Random Numbers Generator). Dans ce cas, les aléas sont produits sur la base de phénomènes quantiques imprédictibles.
[0030] Dans une étape C, la première station de communication SA génère une clé secrète chiffrée KC à partir de la première clé secrète KEK et de la deuxième clé secrète KS par la méthode du masque jetable (OTP). Afin d’assurer la sûreté de la technique du masque jetable, dans l’invention, la première clé secrète et la deuxième clé secrète sont de même longueur (key size en anglais). De manière plus générale, dans la suite de la description, toutes les étapes mettant en œuvre la technique du masque jetable combinent deux clés qui sont de même longueur.
[0031] La méthode de la figure 3B comprend une dernière étape D consistant à transmettre la clé secrète chiffrée KC de la première station de station SA aux autres stations de communications, c’est-à-dire à la station SB dans le mode de réalisation de la figure 3A. Cette transmission est effectuée par le biais d’un canal sécurisé et authentifié CSAB reliant les stations SA et SB.
[0032] Les étapes B à D sont effectuées par le module Mod de la première station de communication SA. [0033] La deuxième clé secrète KS forme la clé secrète sure. En effet, à l’issue de la méthode la figure 3B, un utilisateur UB de la station SB à la capacité de déchiffrer la clé secrète chiffrée KC, avec la première clé secrète KEK qui a été distribuée par le satellite Sat via QKD de manière à obtenir la deuxième clé secrète KS (voir méthode de la figure 3C). Or, l’étape B de la méthode de l’invention (i.e. génération de la deuxième clé secrète) peut être répétée facilement et ne souffre pas des limitations de la génération de clé par QKD via satellite (faible débit, sensibilité au mauvais temps, ...). Aussi, dans l’invention, une unique première clé secrète KEK obtenue par QKD permet la production une pluralité de clés secrètes sûres via la méthode du masque jetable en combinant ces clés secrètes sûres avec la première clé secrète KEK. La clé KEK est ici une primitive cryptographique qui permet d’échanger de manière sûre les deuxièmes clés secrètes sûres. La méthode de l’invention permet ainsi de réduire considérablement le nombre de clé secrètes à distribuer par QKD via satellite, fournissant une solution élégante au problème posé par la faiblesse des débits de clés délivrées cette technique. Les techniques mises en oeuvre dans la méthode de l’invention (QKD et OTP) étant résistantes à la menace quantique, la méthode de l’invention permet d’augmenter la disponibilité d’un système global de QKD pour un grand nombre d’utilisateurs interconnectés au sol. Dans l’invention, il est cependant important de ne pas réutiliser la clé KEK pour chiffrer des messages non aléatoires que l’on souhaite échanger entre les stations SA et SB (voir plus loin). Dans la méthode de l’invention, les deuxième clés secrètes sûres KS sont en fait des « messages » aléatoires, donc la réutilisation d’une même clé ne pose pas de risque.
[0034] L’exemple suivant permet d’illustrer pourquoi la méthode de l’invention est sûre. On suppose qu’un utilisateur UA de la station SA, produise deux deuxièmes clés KS1 et KS2 qu’il décide de chiffrer avec la même clé KEK afin de les transférer à UB, utilisateur de la station SB. On suppose que ces clés sont codées en binaires. L’étape de chiffrement de la clé secrète chiffrée consiste donc en XOR de la première et de la deuxième clé secrète.
[0035] On note KC1 la clé secrète chiffrée à partir de KS1 : KC1 = KEK © KS1 .
[0036] On note KC2 la clé secrète chiffrée à partir de KS2 : KC2 = KEK © KS2. [0037] Eve, l’espion, va intercepter les deux messages chiffrés avec la même clé KEK distribuée par QKD. Voyons ce qu’elle va pouvoir en extraire comme information.
[0038] Eve peut effectuer le XOR de ces deux messages chiffrés pour supprimer l’effet de la première clé secrète KEK :
[0039] KC1 © KC2 = KEK © KS1 © KEK © KS2,
[0040] KC1 © KC2 = (KEK © KEK)=0 © KS1 © KS2,
[0041] KC1 © KC2 = KS1 © KS2.
[0042] Eve a donc à sa disposition les éléments suivants :
[0043] KC1 = KEK © KS1 ,
[0044] KC2 = KEK © KS2,
[0045] KC1 © KC2 = KS1 © KS2.
[0046] Ces 3 séquences représentent le XOR entre des messages aléatoires qui n’ont aucune prévalence statistique par rapport à n’importe quel autre message aléatoires.
[0047] Le XOR entre KC1 et KC2 permet bien à Eve de retirer l’influence de la KEK. Cependant, KS1 et KS2 étant aussi des clés et donc des messages strictement aléatoires, il est impossible pour Eve de mener une attaque par analyse statistique ou même une attaque par force brute par le simple fait que tous les messages qu’elle obtiendrait seraient potentiellement les bons. Elle n’a aucune information qui lui permet de remonter aux messages clairs initiaux. A l’inverse, à partir de cette combinaison KC1 © KC2 Eve trouvera une infinité (à la taille de la clé près) de couples de messages clairs probables qui, avec une première clé secrète KEK tout aussi probable, aboutiront aux deux messages chiffrés KC1 et KC2.
[0048] Dans l’invention, le fait que les deuxièmes clés secrètes soient des messages aléatoires (i.e. tous équiprobables) permet donc à UA et à UB de les chiffrer en utilisant la même première clé secrète KEK sans compromettre la sécurité du chiffrement. [0049] On note que toutes les étapes de la méthode de la figure 3B sont mises en oeuvre par la première station SA et sont donc « localisées » en une même zone géographique, au lieu d’être distribuée sur différentes stations espacées de plusieurs centaines ou milliers de kilomètres.
[0050] La figure 3C illustre un mode de réalisation préféré de la méthode de l’invention. Cette méthode est mise en oeuvre par le système 1 de la figure 3A, incluant aussi le satellite Sat et la station SB. La méthode de la figure 3C comprend une étape E, ultérieure à l’étape D et mise en oeuvre par les stations de communications auxquelles la clé secrète chiffrée KC a été transmise c’est-à- dire la station SB dans le mode de réalisation de la figure 3A. Cette étape E consiste à déchiffrer, la clé secrète chiffrée KC à l’aide de la première clé secrète KEK, de manière à obtenir la deuxième clé secrète KS qui forme la clé secrète sûre. Cette étape est nécessaire afin que les deux stations SA et SB bénéficient de la clé secrète sûre qu’ils pourront ultérieurement utiliser pour chiffrer des messages non aléatoires qu’ils souhaitent échanger.
[0051] De manière préférentielle, dans la méthode de l’invention, la deuxième clé secrète et la clé secrète chiffrée sont codées en binaire. Dans ce mode de réalisation, la génération de la clé secrète chiffrée KC est réalisée par la porte logique XOR combinant la première clé secrète KEK et la deuxième clé secrète KS. L’étape C est donc KC = KS © KEK. Dans ce mode de réalisation, l’étape de déchiffrement E est réalisé par la porte logique XOR, en combinant la clé secrète chiffrée KC et la première clé secrète KEK. L’étape E est donc : KC © KEK = KS © KEK® KEK = KS. Dans la suite de la description, à titre d’exemple non limitatif, on considère que toutes les clés sont codées en binaires, que chaque étape de chiffrement par OTP consiste en un XOR des clés utilisées pour le chiffrement et que chaque étape de chiffrement d’une clé chiffrée par OTP consiste en un XOR de la clé chiffrée avec une des deux clés utilisées pour le chiffrement par OTP.
[0052] Comme expliqué précédemment, une unique première clé secrète KEK est nécessaire pour générer et échanger une pluralité de deuxièmes clés secrètes sûres par la méthode de l’invention. Aussi, dans un mode de réalisation préféré de la méthode de la figure 3C, les étapes B à E sont répétées une pluralité de fois, afin de former une pluralité de clé secrètes sûres KSi, KS2, ..., KSn toutes générées à partir de la première clé secrète KEK.
[0053] La figure 4A illustre un mode de réalisation du système 1 de l’invention adapté pour mettre en oeuvre la méthode de la figure 4B. Cette méthode est un mode de réalisation préféré de la méthode de la figure 3C et permet d’échanger un message non aléatoire M entre les stations SA et SB. La méthode de la figure 4B comprend deux étapes supplémentaires F et G. L’étape F, réalisé dans une des stations de communications, par exemple SA, consiste à :
- chiffrer un message non aléatoire M à l’aide d’une clé sécrète sûre KS générée par la méthode de l’invention.
- transmettre le message non aléatoire chiffrée MC de la station de communication SA vers une autre station de communication SB. Ce message est préférentiellement échangé par un canal sécurisé et authentifié reliant les stations SA et SB, par exemple le canal CSAB-
[0054] En outre, la méthode de la figure 3D comprend une dernière étape G, consistant à déchiffrer le message non aléatoire chiffré MC à l’aide de la clé secrète sûre KS. La méthode de la figure 4B est la finalité de la méthode de l’invention. Elle permet d’échanger une pluralité de messages non aléatoires chiffrés MCi, MC2, ..., MCn à l’aide d’une pluralité de clé secrètes sûres KSi, KS2, ..., KSn toutes générées à partir de la première clé secrète KEK.
[0055] Afin de ne pas compromettre la confidentialité du ou des messages non aléatoires M échangés dans la méthode de la figure 3D. Il est nécessaire que, dans l’étape F, le chiffrement du message non aléatoire ne soit pas réalisé à l’aide de la méthode du masque jetable en utilisant une des clés secrètes sûres KS générées par la méthode de l’invention. En effet, supposons que UA fasse ce chiffrement. Il chiffre donc un premier message M1 avec une deuxième clé secrète KS1 qui lui a été transmise chiffrée sous la forme KEK © KS1 , puis il chiffre un second message M2 avec une deuxième clé secrète KS2 qui lui a aussi été transmise sous la forme KEK © KS2. Dans ce cas, Eve pourra toujours intercepter les messages chiffrés et effectuer quelques opérations en vue de récupérer de l’information :
[0056] On note MC1 le message chiffré suivant : MC1 = KS1 © M1 , [0057] On note MC2 le message chiffré suivant : MC2 = KS2 © M2,
[0058] Eve a, à sa disposition, les clés secrètes chiffrées KC1 , KC2. Elle peut combiner les clés secrètes chiffrées KC1 , KC2 avec MC1 , MC2 pour obtenir :
[0059] KC1 © MC1 = KEK © KS1 © M1 © KS1 = KEK © M1 © (KS1 © KS1)=0, = KEK ffi M1 ,
[0060] KC2 © MC1 = KEKA © KS1 © M2 © KS1 = KEK © M2 © (KS1 © KS1)=0, = KEK © M2.
[0061] Maintenant Eve a l’équivalent de deux séquences chiffrées qui combinent des messages clairs non aléatoires avec la même première clé secrète KEK. Eve peut donc « xorer » ces deux séquences comme suit :
[0062] (KC1 © MC1) © (KC2 © MC1) = KEK © M1 © KEK © M2 = (KEK © KEK).O © M1 © M2 = M1 © M2,
[0063] Eve a réussi à supprimer l’influence de la première clé secrète KEK pour obtenir une séquence qui représente la combinaison de deux messages non aléatoire (M1 © M2). A partir de cette séquence, Eve pourra soit mener une attaque de force brute soit une analyse statistique pour en extraire les messages non aléatoires M1 et M2 qui lui permettront par ailleurs de remonter à la première clé secrète KEK.
[0064] Ainsi, pour éviter de détruire la sécurité du message non aléatoire M, dans l’invention, le chiffrement du message aléatoire est réalisé par une méthode de chiffrement symétrique, par exemple chiffrement par bloc ou par flot.
[0065] La figure 5A illustre un système 2 de génération de clé sûre qui est un mode de réalisation particulier du dispositif 1 de l’invention, illustré en figure 3A. En plus du système 1 , le système 2 comprend une première station de communication locale SLA et une deuxième station de communication locale SLB. Dans le système 2, les stations SA et SB comprennent toutes les deux un module de cryptage Mod. La figure 5B illustre schématiquement une méthode de génération d’une clé secrète sûre selon l’invention, mise en oeuvre par l’ensemble SA+SLA du système 2. Comme cela sera expliqué plus loin, la méthode de la figure 5B permet à deux utilisateurs UA et UB de la station locale SLA et SLB respectivement d’établir localement une clé secrète commune KAB via la station SA ou SB avec laquelle la station locale SLA ou SLB est respectivement connectée. L’intérêt de ce système 2 -et de la méthode associée- est qu’il permet aux utilisateurs UA et UB d’éviter la gestion de la distribution QKD par le satellite Sat avec les stations SA et SB. Ainsi, la communication avec le satellite se fait au niveau de stations « gateways » (passerelles) SA, SB, auxquels les utilisateurs finaux UA et UB sont reliés par des canaux quantiques à courte distance, par exemple par fibre.
[0066] Dans la méthode de la figure 5B, l’étape A de la méthode de l’invention est répétée deux fois avant l’étape B, afin de recevoir, dans la première station de communication SA, une première clé secrète A, notée KEKA, et une première clé secrète B, noté KEKB, différente de la première clé secrète A. Comme précisé dans la description de la méthode de l’invention, ces premières clés secrètes KEKA et KEKB sont distribuées par QKD par le satellite Sat via le canal QCAB et sont également transmises à la deuxième station de communication SB de la même manière. Il est nécessaire que les deux stations SA et SB soient capables de stocker des premières clés secrètes KEKA et KEKB distribuées par QVK via le satellite Sat.
[0067] Dans la méthode de la figure 5B, les étapes B à D de la méthode de l’invention sont réalisées par la première station de communication SA pour générer une première clé secrète chiffrée KCA. Cette clé KCA est générée, à partir de la première clé secrète KEKA et d’une deuxième clé secrète sûre A, notée KSA. Cette étape consiste donc en : KCA = KEKA © KSA. Cette clé KSA est générée par la première station de communication SA via la source d’aléas authentiques et est transmise à la deuxième station de communication SB.
[0068] La méthode comprend en outre les étapes additionnelles D’E, F’, G’ et H, réalisées par la première station de communication SA, l’étape D’E consistant à :
- recevoir une deuxième clé secrète chiffrée KCB générée par la deuxième station de communication, à partir de la première clé secrète KEKB, et d’une deuxième clé secrète sûre B, notée KSB, générée par la deuxième station de communication SB, soit KCB= KEKB © KSB, et déchiffrer, la deuxième clé secrète chiffrée KCB avec la première clé secrète KEKB de manière à obtenir la deuxième clé secrète sûre KSB, c’est à dire KEKB © KCB= KEKB © KEKB © KSB = KSB.
[0002] L’étape F’ consiste à générer une clef secrète dite commune KAB par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre KSA et de la deuxième clé secrète sûre KSB. C’est-à-dire KAB = KSA © KSB. Pour cela, il est nécessaire que les étapes B à D et l’étape D’E soient terminées avant le déroulement de l’étape F’. Il faut donc que les stations SA et SB puissent de se synchroniser pour établir les deuxièmes clés sûres KSA et KSB respectivement afin que ces étapes B à D et D’E puissent se dérouler avant l’étape F’.
[0003] L’étape G’ de la méthode de la figure 5B consiste à :
- distribuer, une première clef secrète dite locale KLA à la première station de communication locale SLA, via un premier canal quantique local CLA. Ce canal CLA est un simple canal quantique de type QKD reliant la station SA et la station SLA via fibre optique. Aussi, la distance entre les ces stations SA et SLA est inférieure à 100 km.
- générer, par la méthode du masque jetable, une première clé secrète locale chiffrée KLCA à partir de la première clef secrète locale KLA et de la clé secrète commune KAB, soit KLCA= KLA© KAB.
- transmettre la première clé secrète locale chiffrée KLCA à la première station de communication locale SLA.
[0004] L’étape H de la méthode de la figure 5B consiste à déchiffrer, dans la première station de communication locale SLA, la première clé secrète locale chiffrée KLCA à l’aide de la première clef secrète locale KLA, de manière à obtenir la clé secrète commune KAB. Cette étape consiste donc à faire : KLCA © KLA = KLA© KAB © KLA = KAB
[0005] Comme la méthode de la figure 3B, les différentes étapes de la méthode de la figure 5B sont mises en oeuvre par l’ensemble SA+SLA et sont donc « localisées » en une même zone géographique, au lieu d’être distribuée sur différentes stations espacées de plusieurs centaines ou milliers de kilomètres. [0006] A Tissue de la méthode de la figure 5B, et moyennant certaines étapes mises en oeuvres par les stations SB et SLB (voir méthode de la figure 5C), les utilisateurs UA et UB possèdent une clé secrète commune KAB et connue d’eux seul et qu’ils peuvent utiliser pour sécuriser leurs communications. Ici, cette opération peut être réitérée avec le même couple de KEKA et KEKB autant de fois que UA et UB auront à communiquer mais aussi pour n’importe quel autre utilisateur du système. En effet, les utilisateurs UA et UB n’ont aucun moyen de remonter au couple de premières clés secrètes KEKA et KEKB qui sont utilisées par les stations SA et SB pour établir d’autres clés secrètes communes pour d’autres utilisateurs. Ce couple de premières clés secrètes KEKA et KEKB reste donc sur et confidentiel.
[0007] L’intérêt de la méthode de la figure 5B sera plus clair après la description de la figure 5C ci-après. La figure 5C qui illustre un mode de réalisation préféré de la méthode de la figure 5B. Cette méthode est mise en oeuvre par le système 2 de la figure 5A et non pas uniquement par l’ensemble SA+SLA, comme la méthode de la figure 5B.
[0008] Dans la méthode de la figure 5C, l’étape D’E comprend en outre le déchiffrement, dans la deuxième station de communication SB, de la première clé secrète chiffrée KCA avec la première clé secrète KEKA de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre A KSA. Cette étape consiste donc en : KCA © KEKA = KSA © KEKA © KEKA= KSA.
[0009] L’étape F’ de la méthode de la figure 5C, comprend la génération, dans la deuxième station de communication SB, de la clef secrète commune KAB par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre KSA et de la deuxième clé secrète sûre B KSB.
[0010] Dans la méthode de la figure 5C, l’étape G’ comprend en outre : i. distribuer une deuxième clef secrète locale KLB à une deuxième station de communication locale SLB via un deuxième canal quantique local CLB. Comme le premier canal quantique local CLA, CLB est un canal quantique de type QKD reliant la station SB et la station SLB via fibre optique. Aussi, la distance entre les ces stations SB et SLB est inférieure à 100 km ii. générer, par la méthode du masque jetable, une deuxième clé secrète locale chiffrée KLCB à partir de la deuxième clef secrète locale KLB et de la clé secrète commune KAB, et iii. transmettre ladite deuxième clé secrète locale chiffrée KLCB à la deuxième station de communication locale SLB.
[0011 ] Enfin, l’étape H de la méthode de la figure 5C, comprend le déchiffrement, dans la deuxième station de communication locale SLB, de la deuxième clé secrète locale chiffrée KLCB à l’aide de la deuxième clef secrète locale KLB, de manière à obtenir ladite clé secrète commune KAB- Dans le cas où les clés sont codées en binaires, cette étape consiste à : KLCB © KLB = KLB © KAB © KLA= KAB.
[0012] Comme expliqué plus haut, à l’issue de la méthode de la figure 5C, les utilisateurs UA et UB des stations de communication locales SLA et SLB possèdent une clé secrète commune KAB et connue d’eux seul et qu’ils peuvent utiliser pour sécuriser leurs communications. De manière critique, les opérateurs UA et UB n’ont aucun moyen de remonter au couple de première clé secrète KEKA et KEKB délivré par les stations SA et SB et utilisé pour générer les clés secrètes communes pour d’autres utilisateurs. Aussi, le couple de clé KEKA et KEKB peut être utilisé pour tous utilisateurs et autant de fois que ces utilisateurs le souhaitent sans compromettre la sécurité de la clé secrète commune générée. Ce résultat est démontré ci-dessous.
[0013] Notons toutes les informations dont les utilisateurs UA et UB des stations SLA et SLB et Eve peuvent avoir à leur disposition. Il y a KCA = KSA © KEKA, KCB = KSB © KEKB. De plus, il y a KLCA = KAB © KLA = KSA © KSB © KLA et KLCB = KAB © KLB = KSA © KSB © KLB. Enfin, il y a KAB = KA © KB, qui représente la clé secrète commune « finale » qui est inconnue d’Eve, qui est connue seulement de UA et UB.
[0014] Eve peut tenter les actions suivantes : KCA © KCB = KSA © KEKA © KSB © KEKB. Or, aucun des termes ne se simplifie et ne permet pas d’extraire de l’information. [0015] Eve peut essayer la combinaison KCA © KLCA = KSA © KEKA © KSA © KSB © KLA = KEKA © KSB © KLA. Eve obtient alors un XOR entre plusieurs séquences secrètes aléatoires qui ne permet pas d’en extraire de l’information utile.
[0016] De même, Eve peut essayer la combinaison KLCA © KLCB = KAB © KLA© KAB © KLB = KLA © KLB. Ici encore Eve obtient un XOR entre deux clés secrètes aléatoires dont on ne peut rien extraire.
[0017] En plus des combinaisons précédentes que Eve peut tenter, UA et UB peuvent tenter d’autres combinaisons car ils possèdent la clé secrète commune KAB-
[0018] UA et UB peuvent donc tenter la combinaison suivante KCA © K B = KSA © KEKA © KAB = KSA © KEKA © KSA © KSB = KEKA © KSB- Ils peuvent de même tenter : KCB © K B = KSB © KEKB © K B = = KEKB © KSA Ici encore, nous avons un XOR entre deux séquences secrètes aléatoires qui ne permet pas à UA (ou à UB) de remonter à une des premières clé secrète KEKA et KEKB stockées par les stations SA et SB ou même de remonter au deuxièmes clé secrètes sûres KSB et KSB.
[0019] Dans la méthode de la figure 5C la station SA n’a besoin que de deux premières clé secrètes KEKA, KEKB distribuées par QKD en commun avec la station SB pour pouvoir, à tout moment, établir une clé secrète commune qui pourra être distribuée aux utilisateurs qui le demandent. Les satellites n’ont plus besoin d’établir de grandes quantités de clé secrètes en avance. Les clés secrètes communes peuvent être produites très rapidement à la demande par les stations SA et SB, ce qui permet d’augmenter le nombre d’utilisateurs au sol et donc la disponibilité globale du système 2.
[0020] La figure 6A illustre un mode de réalisation du système 2 de l’invention adapté pour mettre en oeuvre la méthode de la figure 6B. Cette méthode est un mode de réalisation préféré de la méthode de la figure 5C. La méthode de la figure 6B comprend une étape I, ultérieure à l’étape H, et effectuée par la première station de communication locale SLA, consistant à chiffrer un message non aléatoire M à l’aide de ladite clé secrète commune KAB puis à transmettre le message non aléatoire chiffrée MC à la deuxième station de communication locale SLB. Ce message est préférentiellement échangé par le canal sécurisé et authentifié CSAB- La méthode de la figure 6B comprend une étape J, ultérieure à l’étape I, et effectuée par la deuxième station de communication locale, consistant à déchiffrer ledit message non aléatoire chiffré à l’aide de la clé secrète commune KAB.
[0021 ] La méthode de la figure 6B est la finalité de la méthode de la figure 5C. Elle aux stations SLA et SLB d’échanger une pluralité de messages non aléatoires chiffrés à l’aide d’une pluralité de clé secrètes communes KAB, toutes générées localement par les stations SA et SB à partir d’un unique couple de premières secrètes KEKA, KEKB.
[0022] De manière préférentielle, les transmissions de la première et de la deuxième clés secrètes chiffrées KCA, KCB sont réalisées par un canal sécurisé et authentifié comme le canal CSAB, à l’aide d’un « Message Authentification Code » calculé sur la base d’une clé d’authentification commune.
[0023] Dans un mode de réalisation préféré du système 1 ou 2 de l’invention, les stations de communications SA et SB sont au sol et espacées les unes des autres de plus de 100 km. En effet, lorsque les stations SA et SB sont plus proches que cette distance, un simple canal QKD reliant les deux stations via fibre optique suffit pour échanger des clés secrètes sûres.

Claims

Revendications Méthode de génération d’une clé secrète sûre comprenant les étapes suivantes :
A. recevoir, dans une station de communication (SA) dite émettrice, une première clé secrète (KEK) via un canal de cryptage quantique (CQAB) par satellite (Sat), ladite première clé secrète étant également transmise à au moins une autre station de communication (SB) via ledit canal de cryptage quantique ;
B. générer, dans ladite station émettrice, une deuxième clé secrète (KS) à partir d’une source d’aléas authentique (TRNG) ;
C. générer, une clé secrète chiffrée (KC) à partir de la première clé secrète (KEK) et la deuxième clé secrète (KS) par la méthode du masque jetable;
D. transmettre ladite clé secrète chiffrée (KC) de la station émettrice (SA) vers la ou les autres stations de communications (SB). Méthode selon la revendication 1 , comprenant une étape E, ultérieure à l’étape D, consistant à déchiffrer, dans la ou les autres stations de communications, ladite clé secrète chiffrée (KC) à l’aide de la première clé secrète (KEK), de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète (KS) qui forme ladite clé secrète sûre. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle la première clé secrète, la deuxième clé secrète (KS) et la clé secrète chiffrée (KC) sont codées en binaire, la génération de la clé secrète chiffrée étant réalisée par la porte logique XOR combinant la première clé secrète et la deuxième clé secrète, le déchiffrement de la clé secrète chiffrée étant réalisé par la porte logique XOR combinant la clé secrète chiffrée et la première clé secrète Méthode selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les étapes B à E sont répétées une pluralité de fois, afin de former une pluralité de clé secrètes sûres (KSi, KS2, ..., KSn), toutes générées à partir de la première clé secrète (KEK). Méthode selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant une étape ultérieure F, consistant à chiffrer un message non aléatoire (M) à l’aide de ladite ou d’une dite clé sécrète sûre puis à transmettre le message non aléatoire chiffrée (MC) d’une station de communication vers une autre station de communication et comprenant une étape ultérieure G, consistant à déchiffrer ledit message non aléatoire chiffré à l’aide de ladite clé secrète sûre. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l’étape A est répétée deux fois avant l’étape B, afin de recevoir, dans une première station de communication, une première clé secrète A (KEKA) et une première clé secrète B (KEKB), différente de la première clé secrète A, les premières clés secrètes A et B étant également transmises à une deuxième station de communication (SB), via ledit canal quantique dans laquelle les étapes B à D sont réalisées par la première station de communication (SA) pour générer une première clé secrète chiffrée (KCA) à partir de la première clé secrète A (KEKA) et d’une deuxième clé secrète sûre A (KSA) générée par la première station de communication et la transmettre à ladite deuxième station de communication (SB), ladite méthode comprenant des étapes additionnelles D’E, F’, G’ et H, réalisées par ladite première station de communication, ladite étape D’E consistant à :
-recevoir une deuxième clé secrète chiffrée (KCB) générée par la deuxième station de communication à partir de la première clé secrète B (KEKB) et d’une deuxième clé secrète sûre B (KSB) générée par la deuxième station de communication, et
-déchiffrer, ladite deuxième clé secrète chiffrée (KCB) avec la première clé secrète B (KEKB) de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre B (KSB), ladite étape F’, consistant à générer une clef secrète dite commune (KAB) par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A (KSA) et de la deuxième clé secrète sûre B (KSB), ladite étape G’ consistant à : i. distribuer, une première clef secrète dite locale (KLA) à une première station de communication locale (SLA), via un premier canal quantique local (CLA), ii. générer, par la méthode du masque jetable, une première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à partir de la première clef secrète locale (KLA) et de la clé secrète commune (KAB), et iii. transmettre ladite première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à ladite première station de communication locale (SLA) ladite étape H, consistant à déchiffrer, dans ladite première station de communication locale, ladite première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à l’aide de la première clef secrète locale (KLA), de manière à obtenir ladite clé secrète commune (KAB). Méthode selon la revendication précédente, dans laquelle l’étape D’E comprend le déchiffrement, dans la deuxième station de communication (SB), de ladite première clé secrète chiffrée (KCA) avec la première clé secrète A (KEKA) de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre A (KSA), et dans laquelle l’étape F’ comprend la génération, dans la deuxième station de communication, de ladite clef secrète dite commune (KAB) par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A (KSA) et de la deuxième clé secrète sûre B (KSB), ladite méthode comprenant une étape G’, qui comprend : iv. distribuer une deuxième clef secrète dite locale (KLB) à une deuxième station de communication locale (SLB), via un deuxième canal quantique local (CLB), v. générer, par la méthode du masque jetable, une deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à partir de la deuxième clef secrète locale (KLB) et de la clé secrète commune (KAB), et vi. transmettre ladite deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à ladite deuxième station de communication locale, et dans laquelle ladite étape H comprend le déchiffrement, dans la deuxième station de communication locale, de ladite deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à l’aide de la deuxième clef secrète locale (KLB), de manière à obtenir ladite clé secrète commune (KAB). Méthode selon la revendication précédente, comprenant une étape I, ultérieure à l’étape H, et effectuée par la première station de communication locale, consistant à chiffrer un message non aléatoire (M) à l’aide de ladite clé secrète commune (KAB) puis à transmettre le message non aléatoire chiffrée (MC) à la deuxième station de communication locale, ladite méthode comprenant une étape J, ultérieure à l’étape I, et effectuée par la deuxième station de communication locale, consistant à déchiffrer ledit message non aléatoire chiffré à l’aide de ladite clé secrète commune (KAB). Méthode selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la première clé secrète et la deuxième clé secrète sont de même longueur. Méthode selon l’une des revendications 5 ou 8, dans laquelle le chiffrement du message non aléatoire est réalisé par une méthode de chiffrement symétrique, par exemple chiffrement par bloc ou par flot. Station de communication (SA), dite première station de communication, pour génération d’une clé secrète sûre, ladite première station de communication étant adaptée pour recevoir une première clé secrète (KEK) via un canal de cryptage quantique (CQAB) par satellite (Sat), ladite première clé secrète étant également transmise à au moins une autre station de communication (SB) via ledit canal de cryptage quantique, ladite première station de communication comprenant un module de cryptage (Mod) adapté pour :
- générer une deuxième clé secrète (KS) à partir d’une source d’aléas authentiques (TRNG)
- générer une clé secrète chiffrée (KC) à partir de la première clé secrète (KEK) et la deuxième clé secrète (KS) par la méthode du masque jetable
- transmettre ladite clé secrète chiffrée (KC) auxdites autres stations de communications (SB). Système (1 ) pour génération d’une clé secrète sûre, comprenant ladite première station de communication (SA) selon la revendication 11 , et comprenant lesdites autres stations de communications (SB) et ledit satellite (Sat), lesdites autres stations de communications (SB) étant adaptés pour déchiffrer ladite clé secrète chiffrée (KC) à l’aide de la première clé secrète (KEK), de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète (KS) qui forme ladite clé secrète sûre. Ensemble (SA+SLA) pour génération d’une clé secrète sûre, ledit ensemble comprenant ladite première station de communication (SA) selon la revendication 11 et comprenant une première station de communication locale (SLA), ladite première station de communication (SA) étant adaptée pour :
- recevoir une première clé secrète A (KEKA) et une première clé secrète B (KEKB), différente de la première clé secrète A via ledit canal de cryptage quantique, la première clé et la deuxième clé étant également transmise à une deuxième station de communication (SB), via ledit canal quantique
- générer une première clé secrète chiffrée (KCA) à partir de la première clé secrète A (KEKA) et d’une deuxième clé secrète sûre A (KSA) générée par la première station de communication, et la transmettre à ladite deuxième station de communication (SB),
- recevoir une deuxième clé secrète chiffrée (KCB), générée par la deuxième station de communication, à partir de la première clé secrète B (KEKB) et d’une deuxième clé secrète sûre B (KSB) générée par la deuxième station de communication, et
- déchiffrer, ladite deuxième clé secrète chiffrée (KCB) avec la première clé secrète B (KEKB) de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre B (KSB),
- générer une clef secrète dite commune (KAB) par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A (KSA) et de la deuxième clé secrète sûre B (KSB),
- distribuer, une première clef secrète dite locale (KLA) à ladite première station de communication locale (SLA), via un premier canal quantique local (CLA),
- générer, par la méthode du masque jetable, une première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à partir de la première clef secrète locale (KLA) et de la clé secrète commune (KAB), et - transmettre ladite première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à ladite première station de communication locale (SLA) ladite première station de communication locale étant adaptée pour déchiffrer ladite première clé secrète locale chiffrée (KLCA) à l’aide de la première clef secrète locale (KLA), de manière à obtenir ladite clé secrète commune (KAB). Système (2) comprenant l’ensemble (SA+SLA) selon la revendication précédente, le satellite (Sat), une deuxième station de communication locale (SLB), et comprenant une deuxième station de communication (SB) comprenant un module de cryptage (Mod), la deuxième station de communication étant adaptée pour :
- déchiffrer, dans la deuxième station de communication (SB), de ladite première clé secrète chiffrée (KCA) avec la première clé secrète A (KEKA) de manière à obtenir ladite deuxième clé secrète sûre A (KSA),
- générer une clef secrète dite commune (KAB) par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A (KSA) et de la deuxième clé secrète sûre B (KSB),
- générer, dans la deuxième station de communication, de ladite clef secrète dite commune (KAB) par la technique du masque jetable à partir de la deuxième clé secrète sûre A (KSA) et de la deuxième clé secrète sûre B (KSB),
- distribuer une deuxième clef secrète dite locale (KLB) à la deuxième station de communication locale (SLB), via un deuxième canal quantique local (CLB),
- générer, par la méthode du masque jetable, une deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à partir de la deuxième clef secrète locale (KLB) et de la clé secrète commune (KAB), et
- transmettre ladite deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à ladite deuxième station de communication locale, la deuxième station de communication locale étant adaptée pour déchiffrer ladite deuxième clé secrète locale chiffrée (KLCB) à l’aide de la deuxième clef secrète locale (KLB), de manière à obtenir ladite clé secrète commune
(KAB). Système selon la revendication 12 ou 14, dans lequel les stations de communications sont au sol et espacées les unes des autres de plus de 100 km.
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