Performance et sécurité de dispositifs de distribution quantique de clés à variables continues

Security and performance of continuous-variable quantum key distribution systems

• Auteur / Autrice : Paul Jouguet
• Direction : Eleni Diamanti, Romain Alléaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Réseaux
• Date : Soutenance le 18/09/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Treps
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Grangier, Nicolas J. Cerf, Sébastien Kunz-Jacques
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ping Koy Lam, Hugo Zbinden
• DOI : 10.70675/5af684b5z69a7z47d5z8e7czd46dea465608

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Optique quantique

Théorie de l'information

Codes correcteurs d'erreurs (théorie de l'information)

Mots clés libres

Multiplexage en longueur d'onde

Wavelength-division multiplexing

Résumé

L’objet de cette thèse est l’étude de la distribution quantique de clés, une primitive cryptographique qui permet à deux utilisateurs distants de générer une quantité arbitraire de clé secrète et cela y compris en présence d’un espion, sous réserve qu’ils partagent un secret initial. Nous restreignons notre étude aux protocoles employant des variables continues et démontrons expérimentalement une implémentation entièrement fibrée fonctionnant à 80 km sur une fibre dédiée en prenant en compte toutes les imperfections expérimentales connues. Pour atteindre une telle distance de fonctionnement, nous avons mis au point des codes correcteurs d’erreurs spécifiques fonctionnant près de la limite théorique de Shannon dans des régimes de faible rapport signal à bruit. Nous envisageons également la possibilité d’attaques par canaux cachés qui ne sont donc pas prises en compte dans la preuve de sécurité du système et proposons des contre-mesures. Enfin, nous étudions la compatibilité de notre système avec des canaux de communication intenses qui se propagent sur la même fibre optique.

This thesis focuses on a cryptographic primitive that allows two distant parties to generate an arbitrary amount of secret key even in the presence of an eavesdropper, provided that they share a short initial secret message. We focus our study on continuous-variable protocols and demonstrate experimentally an all-fiber system that performs distribution of secret keys at 80 km on a dedicated fiber link while taking into account all known imperfections. We could extract secret keys at such a distance bydesigning specific error correcting codes that perform very close to Shannon’s bound for low signal to noise ratios. We also consider side-channel attacks that are not taken into account into the system security proof and propose some countermeasures. Finally, we study our system compability with intense communication channels that propagate on the same optical fiber.