Du chaos optique aux télécommunications cryptées

15/03/97
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La montée considérable des débits et de la quantité d'information qui circule dans les réseaux de transmission par fibre optique rend paradoxalement ces réseaux plus fragiles en terme de confidentialité et de sécurité. Le piratage de l'information se voit ainsi facilité. Les méthodes de cryptage classiques deviennent en effet inopérantes, car trop lentes, lorsque les signaux à crypter ont des débits élevés. Le laboratoire d'Optique Pierre-Michel Duffieux (CNRS-Université de Besançon), en collaboration avec le CNET-France Télécom, vient de mettre au point une méthode de cryptage utilisant des phénomènes de chaos en longueur d'onde. A partir d'une diode laser et d'un effet non linéaire original, ces équipes viennent de démontrer la possibilité de crypter et de décrypter par voie optique, un signal à des cadences qui peuvent être potentiellement élevées. Cette nouvelle méthode a fait l'objet d'un dépôt de brevet par France-Télécom, en cours d'extension à l'étranger.

Un intérêt de plus en plus marqué est actuellement porté aux systèmes de transmission optique à haut degré de sécurité, notamment ceux dédiés à la transmission de données confidentielles, par exemple entre des banques ou des marchés financiers de plus en plus interconnectés à travers le monde, entre des administrations telles que les ambassades, qui nécessitent un niveau de confidentialité élevé. Les réseaux par fibre optique sont en effet vulnérables : l'information qui y circule peut être prélevée et écoutée, voire réinjectée après modification. Pour y remédier, des méthodes de cryptage sont utilisées. En cryptographie, la clef de codage est généralement constituée par une série de nombres pseudoaléatoires contrôlant par voie informatique l'algorithme de codage. Toutefois, les vitesses de cryptage sont lentes et ne sont plus du tout adaptées lorsque les débits de transmission sont supérieurs à une dizaine de Mbits/s.
La méthode qui vient d'être développée consiste à crypter optiquement le signal à transmettre sous forme d'un chaos en longueur d'onde généré par une diode laser. Celle-ci est munie d'un élément non linéaire en longueur d'onde et d'une boucle de contre-réaction qui introduit un retard entre le signal émis par la diode laser et le signal qui lui est réinjecté. La diode laser émet alors de la lumière dont la longueur d'onde fluctue rapidement au cours du temps, et de façon chaotique. L'émission en longueur d'onde s'apparente à celle d'un bruit de fréquence déterministe, dont le spectre est comparable à celui d'un bruit blanc. L'opération de cryptage consiste alors à masquer le message par ce bruit. Ce masquage est d'autant plus efficace que la complexité du bruit est grande (en terme de physique du chaos, le chaos ainsi généré obéit à une équation différentielle à retard, ou équation d'Ikeda ; la complexité du chaos obtenu est d'autant plus élevée que le paramètre de bifurcation est grand).
Le décryptage s'effectue en générant un second chaos en longueur d'onde, identique au précédent. Pour cela, le système de décryptage utilise un générateur de chaos comportant les mêmes éléments que ceux utilisés pour produire le chaos de cryptage, notamment un retard et un élément non linéaire en longueur d'onde identiques aux précédents. Ce système fonctionne toutefois en boucle ouverte, le signal se propageant dans la boucle de commande étant le signal crypté que l'on veut analyser. Le signal alors produit est un chaos dont la comparaison au chaos de cryptage permet d'extraire le message.
L'originalité de cette méthode réside dans le fait que la non linéarité à l'origine du chaos ainsi produit est une non linéarité en longueur d'onde et non en énergie, comme c'est généralement le cas. L'un des avantages est d'éviter d'opérer avec des densités de puissance élevées - ce qui pose souvent des problèmes de stabilité de fonctionnement et de vieillissement de matériaux en optique non linéaire. Cette particularité permet d'obtenir un chaos extrêmement stable au cours du temps, dont de plus, le paramètre de bifurcation peut être facilement contrôlable. Le second avantage est de pouvoir modifier de façon très simple la fonction non linéaire à l'origine du chaos, c'est-à-dire, en terme de cryptage, la clef utilisée pour coder les signaux.

Ce procédé de cryptage s'applique à tout type de signal, analogique ou numérique. L'intérêt réside dans le fait que le chaos, qui constitue la clef de cryptage, peut être facilement modifié par le biais de son diagramme de bifurcation tout en permettant des débits de transmission élevés adaptés aux fibres optiques. Le niveau de confidentialité peut être beaucoup plus élevé que ce que l'on pensait possible jusqu'à présent du fait des fonctions non linéaires très complexes avec lesquelles le système peut fonctionner.