Le chiffrement

Le chiffrement est une composante qui instaure une forteresse de sécurité autour des données échangées sur les réseaux. En effet, à mesure que les informations critiques transitent entre les différents noeuds d’un réseau, la nécessité de les protéger contre les interceptions malveillantes devient primordiale.

Le chiffrement symétrique se présente comme la première ligne de défense. Ce mécanisme utilise une unique clé privée qui doit être partagée entre l’émetteur et le destinataire avant que la communication ne soit établie. Cette clé unique est utilisée pour chiffrer les données avant leur envoi et pour les déchiffrer à réception. Si sa force réside dans la rapidité d’exécution, permettant le chiffrement et le déchiffrement de grandes quantités de données à la volée, sa faiblesse potentielle se trouve dans la nécessité de transmettre la clé de manière sécurisée, ce qui peut être un défi en soi.

Pour pallier cette vulnérabilité, le chiffrement asymétrique entre en scène. Avec cette méthode, deux clés sont utilisées : une clé publique, librement distribuée et utilisée pour chiffrer les données, et une clé privée, secrète et utilisée pour le déchiffrement. La séparation des clés résout le dilemme de la distribution sécurisée, car même si la clé publique est interceptée, sans la clé privée correspondante, les données restent inaccessibles à un tiers. Cette méthode est souvent employée dans les processus d’authentification et lors des échanges initiaux pour sécuriser la distribution de la clé symétrique.

Enfin, le chiffrement par hachage représente une approche fondamentalement différente. Plutôt que de chiffrer les données en vue de leur déchiffrement ultérieur, le hachage transforme les données en une empreinte numérique fixe. Ce processus est unidirectionnel : il est facile de produire une empreinte à partir de données, mais impossible de reconstituer les données originales à partir de l’empreinte. Cela est particulièrement utile pour vérifier l’intégrité des données, car toute altération, même minime, produirait une empreinte différente. Bien que le hachage ne soit pas un outil de chiffrement au sens traditionnel, il est largement utilisé pour stocker des mots de passe de manière sécurisée; permettant de vérifier les mots de passe sans jamais stocker le mot de passe réel.

Les algorithmes de chiffrements symétrique

Le chiffrement symétrique est une méthode de cryptographie où la même clé est utilisée pour chiffrer et déchiffrer les données. La sécurité de ce système repose essentiellement sur la clé de chiffrement : sa longueur et sa complexité déterminent la difficulté à la déchiffrer par des moyens non autorisés. Plus la clé est longue, plus il y a de combinaisons possibles, rendant ainsi le décryptage par force brute — c’est-à-dire en essayant toutes les combinaisons possibles — extrêmement difficile et chronophage. Cependant, la contrepartie d’une clé longue est le coût computationnel, car plus de ressources sont nécessaires pour effectuer les opérations de chiffrement et de déchiffrement.

DES a été l’un des premiers algorithmes de chiffrement symétrique largement adopté. Il utilise une clé de 56 bits, ce qui signifie qu’il existe 2^56 combinaisons possibles. Cependant, avec l’avancement des technologies de calcul, il est devenu évident que DES ne pouvait plus offrir un niveau de sécurité suffisant. Le processus de chiffrement DES est désormais considéré comme vulnérable, notamment en raison de sa clé relativement courte, susceptible d’être forcée dans un temps raisonnable avec des machines puissantes. 3DES, a été conçu en réponse à ces faiblesses. Ce système cherche à augmenter la sécurité en exécutant trois fois l’algorithme DES avec trois clés distinctes, pour un total théorique de 168 bits.

Toutefois, en pratique, des attaques particulières réduisent l’efficacité de ce chiffrement, ramenant la sécurité effective à un niveau inférieur. De plus, le processus de chiffrement 3DES est significativement plus lent, ce qui le rend moins idéal dans des environnements nécessitant des performances élevées. En raison de ces limitations et de la progression constante des capacités de calcul, 3DES est également considéré comme insuffisant en matière de sécurité aujourd’hui.

À côté de ça, RC4 est un autre algorithme de chiffrement symétrique, historiquement célèbre pour sa simplicité et sa vitesse. Il génère un flux de clés pseudo-aléatoires, qui est ensuite combiné avec le texte en clair pour produire le texte chiffré. RC4 a été implémenté dans de nombreux systèmes, y compris les premières versions de la sécurisation des réseaux Wi-Fi sous la forme de WEP. Cependant, RC4 a aujourd’hui plusieurs vulnérabilités, notamment des faiblesses dans la génération des clés qui peuvent être exploitées pour réaliser des attaques. La combinaison de ces vulnérabilités et des attaques a conduit à l’abandon de RC4 dans la plupart des applications de sécurité modernes.

L’algorithme DSA constitue un chapitre à part dans l’histoire du chiffrement. Il a été mis au point par la NSA aux États-Unis et a été rendu public au début des années 1990. Il a rapidement acquis une réputation de robustesse, en grande partie grâce à l’approbation et à l’utilisation par le gouvernement américain, notamment pour les communications militaires et gouvernementales sécurisées. Néanmoins, la révélation selon laquelle DSA pourrait contenir une porte dérobée laisse entendre que la NSA avait intentionnellement affaibli l’algorithme pour permettre la décryptographie des messages sans nécessiter la clé privée. Cette révélation a non seulement entaché la confiance en DSA, mais a également éveillé une méfiance générale envers les algorithmes promulgués par les autorités gouvernementales.

Aujourd’hui, AES est considéré comme l’étalon-or dans le domaine du chiffrement symétrique. AES offre une sécurité robuste et est largement accepté à l’échelle mondiale. Avec ses clés pouvant aller de 128 à 256 bits, AES est résistant aux attaques les plus avancées, y compris celles par force brute, et reste performant aussi bien dans les applications logicielles que matérielles. En plus de sa résistance et de sa flexibilité, AES bénéficie d’un processus de chiffrement rapide et efficace, ce qui le rend adapté à une variété d’environnements, depuis les appareils mobiles jusqu’aux infrastructures de grande envergure. Sa fiabilité a été tellement éprouvée qu’AES est devenu la pierre angulaire de nombreux protocoles de sécurité et est aujourd’hui recommandé pour protéger les informations sensibles et classifiées.

Les algorithmes de chiffrements asymétrique

Les algorithmes de chiffrement asymétriques sont fondés sur le principe de la cryptographie à clé publique, un concept qui a révolutionné la sécurisation des communications numériques. Au cœur de ce système réside l’idée de la dissociation des clés utilisées pour chiffrer et déchiffrer les données, une innovation qui a grandement simplifié l’échange sécurisé d’informations sur des réseaux non sécurisés tels qu’Internet.

La genèse de ce mécanisme commence par la génération d’une paire de clés : la clé publique et la clé privée. Ces deux clés sont mathématiquement liées, de sorte que ce que l’une chiffrera, l’autre pourra seul déchiffrer, et vice-versa. La clé publique, comme son nom l’indique, est destinée à être distribuée largement. Elle peut être partagée avec n’importe qui sans compromettre la sécurité de la communication. En pratique, cette clé permet à quiconque de chiffrer des données de manière à ce que seul le détenteur de la clé privée correspondante puisse les lire.

La clé privée, en contraste, est gardée secrète. Elle reste en possession unique de son propriétaire et n’est jamais partagée. Cette clé permet de déchiffrer les données qui ont été chiffrées avec la clé publique associée. En raison de cette confidentialité, même si la clé publique est connue de tous, les communications restent protégées, car sans la clé privée, il est pratiquement impossible de déchiffrer les données.

Cette relation asymétrique entre les deux clés résout un problème fondamental de la cryptographie antérieure à leur invention : comment échanger des clés de chiffrement de manière sécurisée sans un canal de communication déjà sécurisé. Avec la cryptographie asymétrique, il n’est plus nécessaire de transmettre la clé de chiffrement de manière sécurisée, car même si un attaquant intercepte la clé publique, il ne pourra pas déchiffrer les messages.

L’échange de clés est une première utilisation de la cryptographie asymétrique. Prenons l’exemple du protocole de communication sécurisé SSL/TLS utilisé sur Internet. Lorsqu’un client initie une connexion sécurisée avec un serveur, le serveur envoie sa clé publique au client. Le client utilise ensuite cette clé publique pour chiffrer une clé de session, qui est alors envoyée au serveur. Seul le serveur, avec sa clé privée correspondante, peut déchiffrer cette clé de session. Cette clé de session est alors utilisée pour chiffrer la communication lors de la session en cours, permettant ainsi un échange de données sécurisé.

La deuxième utilisation importante de la cryptographie asymétrique concerne la validation de l’identité, souvent mise en œuvre sous forme de signature numérique. Lo utilise sa clé privée pour créer une signature unique basée sur le contenu du message. Cette signature, une fois créée, est envoyée avec le message. Le destinataire utilise ensuite la clé publique de l’expéditeur pour vérifier cette signature. Si elle est valide, cela confirme deux choses : premièrement, que le message n’a pas été modifié après avoir été signé, et deuxièmement, que l’expéditeur est bien qui il prétend être, car la clé privée qui a servi à signer le message est unique et secrète.

La force de la cryptographie asymétrique dépend de la complexité des problèmes mathématiques sous-jacents. Par exemple, la sécurité des algorithmes RSA, l’un des premiers systèmes de chiffrement asymétriques à être largement utilisé, repose sur la difficulté de factoriser de très grands nombres composés en leurs facteurs premiers. D’autres systèmes, tels que ceux basés sur les courbes elliptiques ECC, reposent sur la difficulté de calculer les logarithmes discrets dans un groupe fini.

Le principal défi de la cryptographie asymétrique est qu’elle nécessite des clés beaucoup plus longue pour offrir le même niveau de sécurité que la cryptographie symétrique. La cryptographie asymétrique est donc plus lente pour le chiffrement de grandes quantités de données. C’est pourquoi dans la pratique, elle est souvent utilisée en combinaison avec la cryptographie symétrique : la cryptographie asymétrique pour sécuriser l’échange des clés symétriques, et la cryptographie symétrique pour le chiffrement rapide de données.

De plus, l’essor des ordinateurs quantiques représente une menace potentielle pour la cryptographie asymétrique classique, car ils pourraient résoudre les problèmes mathématiques sur lesquels se base la sécurité de ces systèmes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. Cela a conduit à un intérêt croissant pour développer de nouveaux algorithmes de cryptographie résistants aux attaques quantiques, souvent appelés cryptographie post-quantique.

Les algorithmes de hashages

Les algorithmes de hachage constituent un élément essentiel de la sécurité informatique, jouant un rôle crucial dans l’intégrité des données et l’authentification. Ils transforment les données d’entrée, de taille variable, en une empreinte numérique de taille fixe, communément appelée hash. Cette empreinte doit remplir plusieurs critères pour être efficace et fiable.

La fonction de hachage doit être déterministe, ce qui signifie qu’à chaque fois qu’une donnée spécifique est passée à travers la fonction, le même hash doit en résulter. Elle doit posséder une haute sensibilité aux changements, impliquant que même une modification infime des données d’entrée, comme le changement d’un seul caractère, produira un hash totalement différent, phénomène souvent désigné par l’effet avalanche. Il doit être extrêmement difficile de trouver deux entrées distinctes qui produisent le même hash. Cette résistance est capitale, car une collision peut être exploitée pour tromper un système en lui faisant accepter des données non authentiques. 

Le stockage des mots de passe en base de données utilise ces principes fondamentaux de hashages pour assurer la sécurité des informations d’identification des utilisateurs. Lorsqu’un utilisateur crée un mot de passe, au lieu de stocker le mot de passe en texte clair, le système le transforme en utilisant un algorithme de hachage. Le résultat est un hash unique qui est ensuite stocké dans la base de données. Ce processus est unidirectionnel, ce qui signifie que même avec l’accès au hash, il est extrêmement difficile de déduire le mot de passe original.

Lorsqu’un utilisateur tente de se connecter, le système prend le mot de passe fourni, le hache avec le même algorithme, et compare le résultat au hash stocké dans la base de données. Si les deux hashes correspondent, l’accès est accordé. Ce mécanisme de vérification permet de protéger les mots de passe contre le vol, car même si un attaquant parvenait à voler la base de données, il ne disposerait pas des mots de passe réels.

Pour renforcer la sécurité, les systèmes modernes emploient souvent un « sel », une donnée aléatoire ajoutée à chaque mot de passe avant le hachage. Cela garantit que même si deux utilisateurs ont le même mot de passe, leurs hashes seront différents. Le sel est généralement stocké dans la base de données à côté du hash et est unique à chaque utilisateur. Cette technique prévient les attaques par tables de correspondance, où un attaquant utilise des bases de données précalculées pour retrouver des mots de passe à partir de hashes connus.

Le principe de base derrière le minage de la cryptomonnaie repose également sur l’utilisation d’algorithmes de hachage. Ce processus, au cœur du fonctionnement de nombreuses cryptomonnaies telles que Bitcoin, implique l’utilisation de la fonction de hachage pour créer un hash valide qui répond à un certain nombre de conditions prédéfinies. Les mineurs exécutent des fonctions de hachage avec différentes combinaisons d’entrées, dans l’espoir de trouver le hash adéquat qui sera accepté par le réseau et ajouté à la blockchain. Ce hash résultant prouve que le mineur a effectué un travail significatif, et en retour, le mineur est récompensé avec une certaine quantité de cryptomonnaie.