Synchronisation et Cryptographie

Gilles Millérioux, Professeur, Centre de Recherche en Automatique de Nancy

Jeremy Parriaux, Doctorant, Centre de Recherche en Automatique de Nancy

Cette activité de recherche traite de la synchronisation des systèmes dynamiques. De manière générale, on entend par synchronisation, des comportements cohérents (ou corrélés) d'un ensemble d'entités élémentaires. Ces entités, dont le nombre peut se réduire simplement à deux, sont connectés en réseau, celui-ci pouvant être physique ou virtuel. Les phénomènes de synchronisation concernent les êtres humains aussi bien que les êtres inanimés tels que les planètes ou les atomes pour mentionner des échelles variées. Elle apparaît comme une évidence dans certains cas. Les cycles cyrcadiens auxquels sont soumis les Hommes en sont un exemple mais les végétaux ou simplement la nature se synchronise selon des cycles de période différente (journalière, annuelle, saisonnière). L’invention de la première horloge à pendule de Christian Huygens en 1656 et plus généralement ses découvertes sur la synchronisation de pendules mécaniques peuvent être considérés comme des travaux pionniers en la matière.

La synchronisation est extrêmement répandue dans les phénomènes naturels mais constitue aussi une solution à de nombreux problèmes relevant de l'ingénierie. Elle couvre des champs variés de l'ingénierie: mécanique, informatique, communication. Les communications reposent pour la plupart sur le principe de synchronisation entre un émetteur et un récepteur. La modulation/démodulation de fréquence utilisée dans la radio hertzienne est un exemple typique. L’ajustement de la fréquence des oscillateurs entre l’émetteur et le récepteur revient à synchroniser un signal appelé « porteuse ». Une autre application est la sécurisation des communications par des méthodes cryptographiques.

Un des principaux objectifs de la cryptographie est de rendre inintelligible les messages transmis au travers de réseaux publics et donc non sécurisés. Un principe de base de certaines classes d’algorithmes cryptographiques est de « mélanger » un message clair (texte, son, image) avec une séquence de symboles qui s’apparentent à de l’aléatoire, appelée séquence complexe. Il en résulte un message chiffré qu’on espère inintelligible par toute personne non autorisée. La récupération du message clair repose sur un principe voisin de celui de la démodulation. Elle nécessite en effet de générer côté récepteur la même séquence complexe et de la synchroniser avec celle de l’émetteur. Pour ce faire, le récepteur doit connaître le « secret » appelé clé de chiffrement.

Les recherches visent à étudier et proposer de nouveaux algorithmes cryptographiques pour les communications multimédia nécessitant des débits de transmission élevés. Les problèmes scientifiques sous-jacents relèvent des systèmes dynamiques, de la théorie du contrôle et de l’Automatique : reconstruction d’état, identification.

Pour en savoir plus : https://sites.google.com/site/autocrypt/

G. MILLERIOUX and P. GUILLOT, 2010, Self-synchronizing stream ciphers and dynamical systems: state of the art and open issues, International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol. 20, N.9, pp. 2979-2991

Démonstrateur

Ce dispositif réalisé au CRAN permet d'illustrer une communication temps réel sécurisée. L'acquisition d'un flux vidéo issue d'une source DVD et/ou d'un disque dur est réalisée en temps réel. L'information est chiffrée et transmise sur un canal public à un module récepteur. La vidéo est convenablement déchiffrée lorsque les clés secrètes côté émetteur et récepteur sont identiques. Le procédé de chiffrement est autosynchronisant, c’est-à-dire qu’aucun protocole de synchronisation n'est nécessaire. L’équipement permet d'évaluer la robustesse en terme de sensibilité vis-à-vis de l'appariement des clés. Cette sensibilité doit être maximale pour une application cryptographique. Les algorithmes sont implémentés dans un circuit FPGA Cyclone III du fournisseur Altera