Le verrouillage d’informations super secrètes par cryptage numérique est devenu encore plus sûr grâce à la production de nombres qui ne sont pas seulement “presque aléatoires”, mais vraiment imprévisibles dans tous les sens du terme.
En utilisant les données générées par une expérience de trois ans sur l’intrication quantique, l’Institut national américain des normes et de la technologie (NIST) a récemment généré des codes dont l’unicité est garantie, ce qui pourrait constituer une nouvelle étape dans les communications.
À un certain niveau, le caractère aléatoire est facile à appréhender. Nous jouons à pile ou face, lançons des dés et choisissons des cartes en sachant qu’il est difficile de prévoir le résultat.
Le problème, c’est le mot “facile”.
Avec suffisamment d’informations, qu’il s’agisse de compter les cartes ou de connaître la position de départ de la pièce, nous pouvons améliorer nos chances de deviner correctement le résultat.
En effet, derrière ces éléments “aléatoires” se cachent des lois classiques qui régissent leur trajectoire future, comme la force exercée sur la pièce de monnaie, égale à sa masse multipliée par l’accélération.
Les casinos peuvent avoir des règles contre les compteurs de cartes, mais si vous voulez utiliser un code pour crypter le message entre votre téléphone et votre banque, vous voulez être absolument certain que personne ne pourra démêler votre caractère aléatoire.
Le moyen le plus simple d’y parvenir est de s’appuyer sur un système chaotique, dans lequel tant de règles sont en jeu à tant de niveaux qu’il est pratiquement impossible d’en garder la trace.
Certains algorithmes générés par ordinateur y parviennent. D’autres systèmes exploitent les caractéristiques désordonnées de notre environnement, comme le bruit dans l’atmosphère.
Les générateurs de nombres aléatoires, comme celui fourni par l’Australian National University, utilisent des systèmes fluctuants de particules qui entrent et sortent du vide.
Ils prétendent souvent être “réellement” aléatoires, mais il y a encore matière à débat.
“Il est difficile de garantir qu’une source classique donnée est vraiment imprévisible”, explique Peter Bierhorst, mathématicien au NIST.
“Notre source et notre protocole quantiques sont comme un dispositif de sécurité. Nous sommes sûrs que personne ne peut prédire nos chiffres”
C’est parce que contrairement aux systèmes chaotiques – qui sont désordonnés mais toujours fondamentalement basés sur des règles qui pourraient théoriquement être déterminées – le générateur du NIST perce dans quelque chose qui, par définition, ne peut pas être connu.
En 2015, le NIST a mené une expérience visant à combler les lacunes d’une théorie qui a finalement prouvé qu’Einstein avait tort sur au moins un point de physique.
Il n’y a pas de plus grand débat en science que celui qui consiste à savoir si la physique quantique est une théorie complète ou non.
Selon des légendes comme Erwin Heisenberg et Neils Bohr, la réalité est construite sur des bases de probabilité, en ce sens qu’il n’existe pas de loi “cachée” qui nous permette de savoir si un résultat sera tel ou tel.
Einstein, en revanche, a affirmé à plusieurs reprises que “Dieu ne joue pas aux dés” et qu’un jour, nous compléterons la théorie quantique avec une telle règle qui élimine le “peut-être” de l’équation.
Des décennies plus tard, un homme du nom de John Stewart Bell a développé une preuve qui démontre que soit nous nous sommes terriblement trompés en physique quantique, soit Bohr a raison et il n’y a effectivement aucune règle au niveau local.
Depuis lors, des expériences de physique d’un genre ou d’un autre ont exploré les failles possibles des idées de Bell, les comblant une à une.
L’expérience du NIST y est parvenue en séparant des paires de photons enchevêtrés, de sorte que si l’un d’eux avait l’équivalent en particules d’une chaussure gauche, on savait immédiatement que l’autre photon avait la bonne.
Les chercheurs ont ensuite éliminé les failles et analysé les chiffres pour montrer qu’il n’existait aucune règle cachée permettant de déterminer la chaussure portée par un photon. En d’autres termes, il s’agissait d’un choix véritablement aléatoire et ils pouvaient y apposer leur empreinte.
“Nous sommes convaincus qu’il s’agit d’un hasard quantique, car seul un système quantique pourrait produire ces corrélations statistiques entre nos choix de mesure et les résultats”, explique M. Bierhost.
Convaincu qu’il s’agissait d’un phénomène aussi aléatoire que possible, le NIST a utilisé ce test du théorème de Bell pour produire des chaînes de chiffres que personne ne pourrait jamais deviner, à raison de 1024 bits toutes les 10 minutes.
Leurs tests statistiques sur ces bits montrent ensuite qu’ils correspondent à la conclusion de Bell selon laquelle il n’y a pas de règles cachées localement derrière la loterie des 1 et des 0.
Ce n’est pas le premier générateur de nombres aléatoires à utiliser la probabilité quantique – des nombres véritablement aléatoires ont déjà été créés auparavant.
Le problème est qu’il n’existe aucune garantie solide que ce qui semble aléatoire n’a pas été injustement influencé par une règle classique quelque part dans le processus. Et en matière de cryptage, tout modèle possible constitue un risque.
Les nombres aléatoires du NIST ne permettront pas un bon cryptage, étant donné qu’ils sont rendus publics. Mais leur processus pourrait contribuer à garantir que lorsque nous disons qu’un code est aléatoire, nous le pensons vraiment cette fois.
Cette recherche a été publiée dans Nature.