Sécurisation des communications et chiffrement : cours de Terminale NSI

Quand tu envoies un message sur un réseau, il traverse de nombreuses machines : ton routeur, ceux de ton fournisseur d'accès, d'autres réseaux encore. Tu as vu les protocoles de routage comme RIP et OSPF, qui décident du chemin des paquets. Ces protocoles s'occupent d'acheminer l'information, pas de la protéger. Un message qui circule en clair peut donc être lu par n'importe quelle machine placée sur son trajet.

Ce chapitre répond à une question simple : comment échanger des données sensibles sur un réseau en gardant leur contenu confidentiel, et en étant sûr de parler à la bonne personne ? Les spécialistes de la cryptologie se posent cette question depuis longtemps, et les laboratoires de recherche l'appliquent à leurs propres échanges de données sensibles.³

Un exemple concret rend l'enjeu évident. Lorsque tu paies un achat en ligne, ton numéro de carte bancaire et ton mot de passe transitent par le réseau. Une session chiffrée sert justement à empêcher qu'une personne extérieure ne capte ces informations au passage.⁵ Le commerce électronique a d'ailleurs peiné à décoller tant que les clients n'avaient pas confiance dans le paiement par carte ; recourir à des protocoles d'authentification et de chiffrement comme SSL a été l'une des réponses à ce problème.⁵

Il existe plusieurs familles de techniques : celles qui n'utilisent aucune clé, celles qui en utilisent une, et celles qui en utilisent deux.⁴ Les deux dernières sont celles que tu dois maîtriser en Terminale : le chiffrement symétrique (une clé) et le chiffrement asymétrique (deux clés).

Cette propriété a une conséquence pratique très importante. Tu peux publier le fonctionnement complet d'un algorithme, le faire examiner par des milliers de chercheurs, l'intégrer dans tous les navigateurs : tant que les clés restent secrètes, les messages restent protégés. À l'inverse, un algorithme dont la seule force est d'être caché s'effondre dès que quelqu'un le découvre. C'est pourquoi les standards de chiffrement utilisés sur Internet sont connus de tous.

Imagine deux amis, Alice et Bruno. Ils se retrouvent en vrai et choisissent ensemble une clé. Ensuite, Alice chiffre ses messages avec cette clé et Bruno les déchiffre avec la même clé. Dans l'autre sens, c'est pareil. La clé joue le rôle d'un secret partagé : ceux qui la possèdent peuvent chiffrer et déchiffrer, tous les autres sont exclus.

Il y a un second problème, d'organisation. Si chaque paire d'interlocuteurs doit disposer d'une clé distincte, le nombre de clés à gérer croît vite avec le nombre de personnes. Pour $n$ personnes qui veulent chacune pouvoir parler en privé avec chacune des autres, il faut $\frac{n(n-1)}{2}$ clés. Pour 10 personnes, cela fait déjà 45 clés. Tu retrouveras ce calcul dans un exercice.

Pour se représenter l'idée, pense à un cadenas ouvert que tu distribues à tout le monde : chacun peut le fermer sur une boîte, mais toi seul possèdes la clé qui l'ouvre. Cette image n'est qu'une analogie : elle montre pourquoi deux éléments distincts permettent d'éviter d'avoir à transmettre un secret commun à l'avance.

Face à un chiffrement symétrique rapide mais difficile à initialiser, et à un chiffrement asymétrique pratique mais lent, la solution retenue dans la pratique est de les combiner.

Un calcul simple montre l'intérêt. Supposons qu'un fichier volumineux demande 2 secondes à chiffrer avec un algorithme symétrique de type DES. Si l'on admet un rapport de lenteur de 500, le même fichier demanderait environ 1000 secondes, soit plus d'un quart d'heure, avec un algorithme asymétrique de type RSA. En revanche, une clé ne pèse que quelques dizaines d'octets : la chiffrer avec RSA est quasi instantané. Voilà pourquoi la méthode mixte est si utilisée.

À l'origine, c'est l'entreprise Netscape Communications qui a conçu SSL pour son navigateur. Ensuite, l'IETF, organisme chargé de normaliser Internet, a repris le travail et rebaptisé le protocole TLS.⁵

La première version publiée, SSL 2.0, avait des défauts de sécurité : on pouvait par exemple imposer des algorithmes de chiffrement plus faibles, et la prise de contact n'était pas protégée. D'autres protocoles ont été créés pour corriger l'essentiel de ces faiblesses, et la version SSL 3.0 s'est vite imposée comme la plus répandue pour sécuriser le trafic sur Internet.⁵ Retiens que la sécurité d'un protocole s'améliore par versions successives, au fur et à mesure que ses failles sont découvertes.

Tu reconnais la méthode mixte : l'asymétrique sert au démarrage, le symétrique, beaucoup plus rapide, fait le travail ensuite. La clé de session est propre à la connexion en cours.

Cacher le contenu d'un message ne garantit pas qu'il n'a pas été altéré. Pour cela, on utilise une fonction de hachage. Dans les connexions sécurisées, elle intervient notamment pour garantir l'intégrité et l'authentification des données, par exemple avec HMAC.⁵ Dans le déroulé étudié par l'enseignement technologique, l'intégrité repose sur la fonction de hachage SHA-256.¹

Aucun système de chiffrement n'est parfait, et SSL/TLS n'échappe pas à la règle : on ne peut pas le déclarer totalement à l'abri des failles. Le fait que de très nombreuses banques et boutiques en ligne s'en servent pour protéger les opérations de leurs clients est cependant vu comme un signe de sa solidité face aux attaques.⁵