Modèles de sécurité réalistes pour la distribution quantique de clés

Realistic security models for quantum key distribution

• Auteur / Autrice : Aurélien Bocquet
• Direction : Jean-Claude Belfiore, Romain Alléaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris, Télécom ParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique quantique

Cryptographie

Information, Théorie de l'

Résumé

Depuis son invention en 1984 par C. H. Bennett et G. Brassard, le protocole BB84 a été prouvé sûr contre les attaques les plus générales autorisées par la mécanique quantique, les attaques cohérentes. Cependant, afin de réaliser ces attaques, un adversaire a besoin de mémoire quantique et il n’existe pas à l’heure actuelle de technologie permettant de créer facilement de telles mémoires. Il est donc important de savoir quantifier plus précisément la puissance de l’adversaire lorsque celui-ci n’a pas accès à une mémoire quantique parfaite. Ces nouveaux modèles de sécurité où la puissance de l’adversaire est limitée par des contraintes plus ou moins fortes sur sa mémoire quantique ont été déjà développés et utilisés pour étudier la sécurité des protocoles réalisant une fonction cryptographique à deux participants (comme la mise en gage de bit quantique par exemple). L’objectif de cette thèse a été d’adapter ces modèles de sécurité à l’étude de la sécurité des protocoles de distribution quantique de clés. Nous avons ainsi pu étudier la sécurité des principaux protocoles de distribution quantique de clés dans le cas où l’adversaire n’a pas de mémoire quantique et dans un modèle plus général où il est limité par le bruit de sa mémoire. Ces recherches ont permis de mieux comprendre l’influence de la qualité de la mémoire quantique sur la puissance des attaques et ainsi de quantifier le compromis entre la performance d’un protocole (en terme de taux de clé ou de distance atteignable) et la se��curité désirée.

Since its invention in 1984 by C. H. Bennett and G. Brassard, the BB84 protocol has been proven secure against the most general attacks allowed by quantum mechanics, the coherent attacks. In order to conduct such an attack, an eavesdropper needs a quantum memory. It is however technologically very hard to create a quantum memory with adequate properties at the moment. It is therefore useful to study the evolution of the power of the eavesdropper when he doesn’t have access to a perfect quantum memory but instead to a noisy quantum memory. New security models where the power of the eavesdropper is limited by the quality of its quantum memory have already been developed specifically for the study of two-party protocols like bit commitment or oblivious transfer. We therefore used these models and adapted them to the particular case of quantum key distribution. With these newly developed tools, we have studied the security of quantum key distribution protocols when the adversary doesn’t have a quantum memory and when he has access to a limited amount of noisy memory. This research improves our knowledge on the interaction between the quality of the quantum memory and the power of the attacks. It leads to a better understanding of the tradeoff between performance (measured in term of key rate or maximum distance) and security.