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Combler le fossé de la communication quantique : surmonter les difficultés de mise en œuvre pour un déploiement dans le monde réel

La communication quantique a fait l’objet d’une attention considérable en raison de son potentiel à révolutionner l’échange d’informations sécurisées. Bien que les progrès théoriques des protocoles de communication quantique aient été remarquables, la transition de ces concepts vers des moyens de communication pratiques et évolutifs présente des défis importants. Dans cet article, nous examinons les principaux problèmes liés à la mise en œuvre des technologies de communication quantique et explorons des solutions potentielles pour combler le fossé entre la théorie et le déploiement dans le monde réel.

Mise en œuvre pratique des systèmes de communication quantique

L’un des principaux obstacles à la communication quantique réside dans la mise en œuvre pratique de systèmes de communication quantique capables de fonctionner de manière fiable et efficace dans des conditions réelles. Traduire les cadres théoriques en technologies fonctionnelles implique de relever plusieurs défis majeurs.

Défis liés à la mise en œuvre de la communication quantique 

• 1 – Fragilité des états quantiques : Les systèmes quantiques sont très sensibles aux bruits ambiants, ce qui rend difficile la préservation des états quantiques délicats nécessaires à une communication fiable. Des facteurs tels que les fluctuations de température, les interférences électromagnétiques et les vibrations mécaniques peuvent perturber la cohérence quantique, entraînant des erreurs et une réduction de la fidélité de la communication.
• 2 – Intégration des composants quantiques : Le développement de systèmes de communication quantique intégrés et évolutifs implique de surmonter des obstacles technologiques. L’intégration efficace de divers composants, tels que les émetteurs quantiques, les mémoires quantiques, les détecteurs et les interfaces, pose d’importants défis techniques.
• 3 – Gestion des canaux quantiques : L’établissement et le maintien de canaux de communication quantique à longue distance est une tâche complexe. L’atténuation des pertes et la préservation de la cohérence quantique sur de longues distances nécessitent des techniques et des infrastructures sophistiquées. Des facteurs tels que l’atténuation du signal, le rapport signal/bruit et l’impact de la décohérence quantique doivent être soigneusement gérés.
• 4 – Correction quantique des erreurs : Les systèmes de communication quantique doivent intégrer des mécanismes de correction d’erreur pour atténuer les effets du bruit et de la décohérence. La mise en œuvre de codes et de protocoles de correction d’erreurs robustes, capables de détecter et de corriger efficacement les erreurs sans compromettre les avantages de la communication quantique en termes de sécurité, reste un défi de recherche permanent.

Nos recommandations

Cryptographie résistante aux quanta 

Si le perfectionnement des systèmes de communication quantique est une tâche complexe, il est tout aussi crucial d’explorer des solutions alternatives capables de résister à d’éventuelles attaques quantiques. Les algorithmes et protocoles cryptographiques résistants au quantum, tels que la cryptographie basée sur les treillis ou la cryptographie post-quantique, peuvent assurer une communication sécurisée dans un contexte classique jusqu’à ce que les technologies quantiques arrivent à maturité. L’investissement dans la recherche et les efforts de normalisation pour la cryptographie résistante au quantum peut garantir la sécurité à long terme des réseaux de communication classiques.

La combinaison des technologies de communication classiques et quantiques peut fournir des solutions pratiques et évolutives. Les approches hybrides exploitent les avantages de la communication quantique pour la distribution sécurisée des clés ou l’authentification, tout en utilisant les canaux classiques pour une transmission robuste des informations. En intégrant les capacités de communication quantique dans l’infrastructure classique existante, telle que les réseaux de fibres optiques, les approches hybrides offrent un tremplin vers des réseaux de communication quantique pleinement réalisés.

Les progrès continus en ingénierie et en science des matériaux peuvent contribuer au développement de dispositifs de communication quantique plus fiables et plus efficaces. Les efforts de recherche visant à améliorer la stabilité des émetteurs quantiques, à accroître les performances des mémoires quantiques et à mettre au point des détecteurs quantiques de haute qualité peuvent permettre de relever les défis technologiques liés à la mise en œuvre des systèmes de communication quantique. En outre, la miniaturisation et l’intégration des composants quantiques, tels que les sources de photons sur puce et les mémoires quantiques, peuvent conduire à des dispositifs de communication quantique pratiques et compacts.

Autrement, la mise en place d’une infrastructure de réseau quantique robuste et étendue est vitale pour le déploiement pratique de la communication quantique. Les investissements dans les répéteurs quantiques, les routeurs quantiques et les technologies de distribution de l’intrication quantique peuvent permettre la mise en place de réseaux de communication quantique à longue distance et à nœuds multiples. La recherche et le développement d’architectures de répéteurs quantiques efficaces, capables d’atténuer les effets de la perte de signal et de la décohérence, sont essentiels pour étendre la portée de la communication quantique sur des distances globales.

Bastien Coudray et Elisa Deschamps, Juin 2023

Security by design

Avec la nouvelle industrie spatiale, les mentalités changent. La conception et le développement des équipements spatiaux évoluent. Certaines entreprises du Newspace spécialisées n’hésitent pas à construire leur système à partir de zéro pendant que d’autres réutilisent la logique des solutions terrestres en l’améliorant pour l’espace. Il est parfois difficile de mettre à jour un logiciel, de refaire le développement d’application ou de revoir la conception du système afin de l’adapter en termes de sécurité.

Aujourd’hui, la tendance est beaucoup plus ouverte et plus moderne sur les sujets de la cybersécurité dans le spatial. La nouvelle économie émergente en provenance du Newspace apporte une approche sur l’adoption d’une sécurité dès la conception. L’idée est que la sécurité doit être prise en compte dès le départ. Ainsi, en étudiant les risques et les vulnérabilités dès le début du projet, ça permet de faire un plan d’évaluation des risques qui pourra être mise à jour à chaque fois qu’il y a une modification ou un changement dans la conception. Ce processus va permettre d’avoir un regard sur les conséquences du point de vue de la sécurité.

Nos recommandations

Dans l’industrie, il n’y a pas de solution miracle pour protéger les systèmes contre les cyberattaques qui exploitent les vulnérabilités. Beaucoup d’attaques dans le secteur spatial sont généralement dues à des mesures de sécurité qui ne sont pas mises en place et pas assez prises en compte à certains niveaux. Pour nous, l’approche de la sécurité dès la conception définit une assurance sur la sécurité durant toute la durée de vie du projet en comprenant les mesures de sécurité, la construction et la sécurisation des données. En suivant ces principes, le spatial peut s’assurer des bases solides et se projeter vers un avenir plus résilient. C’est pourquoi l’industrie du spatial doit faire les bons choix avant d’envoyer les équipements et aussi de prendre en compte les différentes étapes de cette approche. Voici quelques points importants à retenir :

• Réalisation du plan de conception et d’évaluation de risque avec l’identification des actifs, la mise en place d’une analyse approfondie et un processus type de risque
• Il est important de penser aux normes, aux certifications et au cadre européen.
• On ne peut pas assurer la sécurité si on ne sait pas pourquoi on la met. Il faut absolument connaître les risques, les phases de développement ainsi que les phases d’exploitation liées aux clients.
• On peut parler du Zero Trust, de défense en profondeur, de cyber range, de TTPs
• Beaucoup d’attaques dans le secteur spatial sont généralement dues à des mesures de sécurité qui ne sont pas mises en place et pas assez prises en compte à certains niveaux.
• Les audits de sécurité de code ou d’intrusion sont vitaux pour s’assurer de l’implémentation et du bon fonctionnement des mesures de sécurité.
• La veille technologique du produit permet de garder le cap sur le cycle de vie du produit.

Clara BOURDON, Elisa BROCHARD, Ny Antsa RABEZANAHARY, Juin 2023

ISAC, Information Sharing and Analysis Center

Nous sommes aujourd’hui confrontés à une situation où les acteurs spatiaux européens ne disposent pas d’une souveraineté et d’une autonomie stratégique pleine et entière en matière de cybersécurité dans le cadre de leurs activités. En effet, les principales plateformes d’échange, de partage d’information et d’analyse en matière de risque cyber pour le domaine spatial ne profitent pas aux acteurs de l’industrie spatiale européenne et échappent au champ d’influence légal et politique des institutions européennes.

Les Information Sharing and Analysis Center (ISAC Space), qui rassemblent des acteurs influents de l’industrie spatiale, tels que les agences gouvernementales, les entreprises, les organisations de recherches et les universités, sont en effet tous hébergés sur le territoire des États-Unis. Cette mainmise américaine est renforcée par le Cloud Act, qui autorise les autorités américaines à accéder aux données stockées par des fournisseurs de services basés aux États-Unis, même si ces données sont situées en dehors du territoire américain.

Pourtant, ces données produites dans les ISAC Space sont cruciales pour la sécurité des infrastructures et des opérations spatiales car ce sont des lieux de coopérations et d’échanges où se développent et se coordonnent les bonnes pratiques en matière de cybersécurité dans l’espace. L’inaccessibilité des acteurs industriels européens aux données de ces centres pose des difficultés importantes pour nos entreprises qui constatent des manques et des besoins flagrants sur le plan de la cybersécurité.

Cependant, comme Thales s’est attelée à le démontrer durant sa démonstration de cyberattaque sur un satellite de l’ESA lors du CYSAT, la cybersécurité s’est imposée rapidement comme un enjeu vital à maîtriser pour les entreprises européennes dans l’exercice de leurs activités spatiales. Il est donc nécessaire d’encourager cette dynamique et de la soutenir par l’intermédiaire de solutions européennes souveraines, solides et autonomes, ce qui passe notamment par la création d’un ISAC européen.

Nos recommandations

Afin de permettre la mise en place d’un équivalent européen de l’ISAC (information sharing and analysis center), à savoir une structure favorisant la collaboration et l’échange d’informations entre les différents pays membres de l’Union Européenne en matière de cybersécurité spatiale, plusieurs points doivent êtres respectés :

• Premièrement, il est nécessaire de faire preuve d’un engagement politique fort : les pays membres doivent comprendre (et reconnaître) l’importance de l’échanges d’informations et de la cybersécurité. Nous devons renforcer la résilience collective afin d’avoir un engagement en faveur de la coopération et de la création d’un ISAC européen. La Commission européenne ayant dores et déjà évoqué la création d’un tel centre dans sa stratégie spatiale de défense et de sécurité, ASTRES souhaite que les efforts continuent et qu’une vraie stratégie soit mise en place. 
• La coopération transfrontalière joue également un rôle prédominant dans la construction de ce projet, il est donc important d’impliquer et d’encourager la participation des différents acteurs pertinents, tels que les gouvernements nationaux, les agences de cybersécurité, les entreprises privées, les organisations de recherche et les utilisateurs finaux. La création d’un ISAC européen favorisera la compétitivité des entreprises européennes et nous permettra de tenir davantage têtes aux géants du secteur comme les Etats-Unis (permettant par exemple le rapatriement des données sur le sol européen).
• De plus, la législation ainsi que la réglementation européenne doivent permettre d’encourager cette démarche de partage d’informations entre les différents acteurs européens, créant des lois claires et simples à mettre en place.
• Enfin, la mise en place et le bon fonctionnement d’un ISAC à l’échelle européenne doit inévitablement nécessiter un financement adéquat (allouement de fonds collectifs).

Un ISAC, information sharing and analysis center, est un cyber center qui a pour but de faciliter la collaboration et d’améliorer la cyberdéfense d’un secteur. Concernant l’industrie spatiale, il existe le Space ISAC, un ISAC américain auquel toute entreprise européenne peut souscrire mais dont les données sont stockées chez des hébergeurs américains. Ainsi, grâce au Cloud Act, ces informations peuvent être accessibles au gouvernement américain. ASTRES soutient donc la création d’un ISAC d’initiative européenne qui permettrait une souveraineté européenne sur les données liés à la cybersécurité des entreprises de l’industrie spatiale et une amélioration de ses capacités de défense.

La Commission européenne dans sa stratégie spatiale de défense et de sécurité à déjà évoqué l’idée de la création d’un centre. Nous souhaitons donc la mise en place de cette mesure et insistons sur l’importance d’intégrer les acteurs privés de l’industrie spatiale européenne afin qu’ils puissent profiter de cet atout en matière de défense.