Variations sur le protocole BB84 avec bases de polarisation secrètes

Nous naviguons présentement sur la vague de la deuxième révolution quantique qui nous dirige vers un océan de possibilités. L’approche tant attendue de l’ordinateur quantique affecte notre société, notamment la sécurité mondiale actuelle. C’est la course pour mettre à jour nos réseaux de communication pour maintenir le droit à la vie privée. En cryptographie, bien que le chiffrement de message soit crucial pour des échanges privés, la sécurité générale de toute communication repose majoritairement sur la sécurité d’une clé. C’est pourquoi l’établissement quantique de clé ou QKD (de quantum key distribution en anglais) est une importante tâche cryptographique qui se doit d’être résistante aux adversaires quantiques. Beaucoup d’avancées ont déjà été faites dans le domaine, en l’occurrence l’usage de la fibre optique qui a mené à l’implémentation réelle de protocoles QKD. Par contre, l’obstacle qui continue de limiter tout progrès est la distance. Celle-ci hausse exponentiellement les erreurs introduites dans l’échange dépassant facilement les taux maximum tolérés actuels après quelques centaines de kilomètres seulement. De ce fait, bien que la théorie semble prometteuse, la mise en pratique de protocoles quantiques demeure un défi. Pour viser l’application mondiale, nous nous devons de prioriser l’efficacité. Ce mémoire présente une variation du fameux protocole BB84 pour maximiser la perfor- mance des applications de QKD en augmentant le taux d’erreurs toléré et, en l’occurrence, la distance entre les partis. Un satellite sera introduit comme troisième parti. Il aidera Alice et Bob à partager une chaine secrète. Celle-ci leur permettra de rouler le protocole BB84 sans dévoiler les bases. De plus, deux techniques seront définies, soient le filtrage et la concentration. Ces dernières serviront lors de la communication classique interactive pour diminuer l’erreur entre nos deux individus tout en limitant le gain d’information de leur ad- versaire. Les bénéfices de cette modification sont la possibilité de recycler les bases secrètes du protocole ainsi que la possibilité d’étendre d’avantage la longueur du canal atteignant ainsi l’objectif de pousser les limites pratiques de QKD.We are currently sailing on the second quantum revolution wave towards an ocean of pos- sibilities. The long awaited quantum computer is near and it will affect global security as we know it. It is a race against the clock to update our entire communication network to maintain the right to personal privacy. An important cryptographic task is key establish- ment. While communicating privately, the entire security lies mainly in the security of the key used. Therefore, it is crucial that future protocols for key establishment be resistant against quantum adversaries. Over the years, there has been great progress in the field like the practical use of optical fibre leading to quantum key distribution (QKD) protocols implemented in real life. Despite this, a specific obstacle still remains. Distance poses a serious problem as it increases ex- ponentially the amount of errors introduced in the protocol, meaning we easily exceed the maximum rate that we can currently tolerate after only a few hundred kilometers. Hence, what we do in theory may sound promising, but the actual application in reality remains a challenge. To aim for global use, we need to prioritize efficiency. This thesis suggests an alternative to the renowned BB84 protocol to help maximize applications of quantum key distribution by increasing the tolerated error rate and thus, the distance between two parties. A satellite will be introduced as a third party to help Alice and Bob share a secret bit sequence. This bit string will allow them to run a BB84 protocol without revealing the bases. Then, two techniques will be defined: filtering and concentration. They will serve in the classical communication phase to help lower the error rate between our two parties while also limiting the amount of information gained by the adversary. Benefits from this approach are the recycling of the secret bases of the protocol as well as the possible extension of the length of the channel, thus achieving the end goal of pushing the limits of practical implementation of QKD