La plupart des méthodes de codage d'un message reposent sur des formules mathématiques, or depuis quelques années une nouvelle forme de cryptographies fait son apparition; il s'agit de la cryptographie quantique.

Le but de la cryptographie quantique est non pas d'envoyer un message codé mais d'envoyer une clé privée, qui constituera par la suite le masque jetable, par une voie totalement sûre. Une fois ce masque jetable transmis on applique le système du masque jetable expliqué ci-dessous. Pour transmettre le masque jetable la cryptographie quantique est le moyen le plus sûre de transmission.

La cryptographie quantique est réputée pour être inviolable, en effet les propriétés de la mécanique quantique permettent de démasquer toute tentative d'espionnage.

Pour bien comprendre cette partie complexe; il faut tout d'abord bien saisir la méthode du masque jetable.

Cette méthode fut inventée par Gilbert Vernam en 1917. Pour chiffrer un texte de manière sûre avec le masque jetable il faut:

● choisir une clef aussi longue que le texte à chiffrer,

● utiliser une clef formée d'une suite de caractères aléatoires,

● protéger votre clef,

● ne jamais réutiliser la clef,

● écrire des textes clairs ne contenant que les lettres (sans ponctuation et sans espaces).

Par exemple pour coder «Saint Jean» avec «Physiques» comme masque jetable

Message claire	S	a	i	n	t	J	e	a	n
Masque jetable	P	h	y	s	i	q	u	e	s
Décalage	16	8	25	19	9	17	20	5	19
Message codé	i	i	h	g	c	a	y	f	g

Il s'agit en ni plus ni moins qu'un simple décalage de lettres.

Cependant le plus difficile dans cette méthode est bien évidemment de protéger la clef (masque jetable).

C'est la que la cryptographie quantique intervient; en effet elle permet de transmettre une clef de manière totalement secrète.

a) Polarisation des photons

Un photon est une particule de lumière à laquelle on peut imposer une direction, autrement dit on polarise le photon. La polarisation d'un photon est mesurée par un angle qui varie de 0° à 180°.

Dans notre cas la polarisation peut prendre 4 valeurs: 0°; 45°; 90° et 135°.

On parle de polarisation rectiligne pour les photons polarisés à 0° et 90°. et on parle de polarisation diagonale pour les photons polarisés 45° et 135°.

Une fois les photons polarisés on introduit les filtres polarisants. Ces filtres servent à laisser passer ou non les photons qui arrivent en fonction de leurs polarisation.

Un photon polarisé selon un axe d'angle 'a' passant dans un filtre polarisant d'axe 'b' possède une chance de passer le filtre polarisant égale à:

cos²(b-a)

Donc si le filtre est orienté dans le même axe que le photon polarisé on à b=a et:

cos²(b-a) = cos²(0)=1→ le photon passera le filtre.

Si le filtre est orienté à 90° de l'axe de polarisation du photon on à b=(a+90) et:

cos²(b-a)=cos²(90)=0 →le photon ne passera pas le filtre.

Si le filtre est orienté à 45° de l'axe de polarisation du photon on à: b=a+45 etcos²(b-a)=cos²(45)=1/2→le photon passera le filtre une fois sur deux.

Lorsque la probabilité n'est ni 1 ni 0 le passage d'un photon au travers d'un filtre polarisant est indéterminable.

Pour résumer on obtient le tableau suivant:

Chance pour un photon de passer les filtres.

	Filtre polarisant à 0°	Filtre polarisant à 45°	Filtre polarisant à 90°	Filtre polarisant à 135°
Photon polarisé à 0°	1	1/2	0	1/2
Photon polarisé à 45°	1/2	1	1/2	0
Photon polarisé à 90°	0	1/2	1	1/2
Photon polrisé à 135°	1/2	0	1/2	1

b) Emission de la clé

La clé à transmettre est une série de bits, aléatoires, prenant donc comme valeur 0 ou 1. la personne envoyant le message transmet chaque bits en choisissant un des deux modes de polarisation possible

● Le mode de polarisation dit rectiligne: bit 0= photon polarisé à 0°, bits 1=photon polarisé à 90°.

● Le mode de polarisation dit diagonale: bit0= photon polarisé à 45°, bit 1=photon polarisé à 135°.

Il note pour chaque photon le mode de polarisation choisi.

Celui qui reçoit le message dispose quand à lui d'un filtre soit orienté de façon rectiligne (0° et 90°) ou orienté de façon diagonale (45°et 135°).

c) Réception de la clé

Lors de l'arrivé d'un photon il note le résultat, c'est-à-dire si le photon a passé ou non le filtre ainsi que le mode de polarisation choisi.

Pour chacun des photons reçus il y a 2 possibilités

● L'émetteur et le récepteur ont choisi par hasard le même mode de polarisation. Dans ce cas là le photon reçu correspond au bit émis. Cela se produit en moyenne pour un photon sur deux.

● L'émetteur et le récepteur ont choisi un mode de polarisation différent et dans ce cas le photon reçu est interprété de manière erronée. Cela se produit en moyenne pour un photon sur deux.

Une fois que tous les bits sont transmis, l'émetteur du message envoi au récepteur du message le mode de polarisation employé pour chaque photon. Cela peut se faire par un moyen conventionnel et non forcément fiable.

Le récepteur peut donc connaître les bits pour lesquels le mode de polarisation a été le même. Il connait donc en moyenne la moitié des bits envoyés.

Le masque jetable est donc connu une fois tous les photons envoyés; étant donné que le récepteur n'en reçoit en moyenne que la moitié. Il est impossible de prévoir le mot du masque jetable à l'avance. Il est définis a l'issu de la communication.Le récepteur reçoit donc une succession de 0 et de 1 et grâce au code binaire, il les transcrit en lettres. Le récepteur et l'envoyeur ont donc le même masque jetable.

d) Fiabilité de la cryptographie quantique

On peut se demander ce qui empêcherait un espion d'intercepter les photons de les analyser et de les renvoyer en copies conformes?

Ce sont les lois de la physique quantique qui lui interdisent de procéder ainsi. En effet selon le principe d'incertitude d'Heisenberg (sur lequel nous ne nous étendrons pas) il est impossible de connaître toutes les caractéristiques d'un photon en même temps.C'est la nature elle même qui interdit de connaître, à chaque instant, la description complète de l'état quantique d'une particule.

Ainsi si les photons sont renvoyés selon une mauvaise polarisation, l'émetteur et le récepteur vont s'en rendre compte et agirent en conséquence.

e) En pratique

Actuellement même si la technique est parfaitement connue, la cryptographie quantique n'en est qu'à ses débuts; en effet la mise en œuvre d'une telle opération est extrêmement complexe.

La cryptographie quantique est le seul moyen connue à ce jour qui est plus fiable que le RSA. Or il est impossible pour le moment d'utiliser la cryptographie quantique à grande échelle; faute de moyens techniques. Le RSA reste donc le moyen le plus sûr et le plus performant pour l'échange de données secrètes.