La cryptographie à clé symétrique (ou chiffrement symétrique) est un type de chiffrement dans lequel la même clé est utilisée pour chiffrer et déchiffrer les messages. Une telle méthode de codage des informations a été largement utilisée au cours des dernières décennies pour faciliter les communications secrètes entre les gouvernements et les organismes militaires. Actuellement, les algorithmes à clés symétriques sont largement appliqués dans divers types de systèmes informatiques pour améliorer la sécurité des données.
Comment fonctionne le chiffrement symétrique ?
Un système de chiffrement symétrique repose sur une clé unique partagée entre deux utilisateurs ou plus. La même clé est utilisée pour chiffrer et déchiffrer ce que l'on appelle le texte brut (texte brut, qui représente le message ou une partie des données en cours de codage). Le processus de chiffrement consiste à exécuter un texte en clair (entrée) via un algorithme de chiffrement appelé chiffre, qui à son tour génère un texte chiffré/codé appelé texte chiffré (sortie).
Si le système de cryptage est suffisamment puissant, la seule façon pour une personne de lire ou d'accéder aux informations contenues dans le texte codé est d'utiliser la clé correspondante pour le déchiffrer. Le processus de décryptage consiste essentiellement à reconvertir le texte codé au format texte brut.
La sécurité des systèmes de chiffrement symétrique repose sur la difficulté de deviner aléatoirement la clé correspondante du système. Par exemple, il faudrait des milliards d’années pour deviner une clé de 128 bits à l’aide d’un ordinateur ordinaire. Plus la clé de chiffrement est longue, plus il sera difficile de la déchiffrer. Les clés d'une longueur de 256 bits sont considérées comme hautement sécurisées et théoriquement résistantes même aux attaques forcées d'un ordinateur quantique.
Deux des schémas de chiffrement symétrique les plus courants aujourd’hui sont basés sur les chiffrements par blocs et par flux. Les chiffrements par blocs regroupent les données d’une taille prédéterminée en blocs. Chaque bloc est chiffré à l'aide de la clé et de l'algorithme de chiffrement correspondants (par exemple, un texte brut de 128 bits est chiffré en texte chiffré de 128 bits). D'un autre côté, les chiffrements de flux ne chiffrent pas les données par blocs, mais par incréments de 1 bit (1 bit du texte en clair est chiffré dans 1 bit du texte chiffré à la fois).
Chiffrement symétrique ou symétrique asymétrique
Le cryptage symétrique est l'une des deux principales méthodes de cryptage des données dans les systèmes informatiques modernes. L'autre est le chiffrement asymétrique, également appelé chiffrement à clé publique. La principale différence entre ces méthodes réside dans le fait que les systèmes asymétriques utilisent deux clés, et non une seule comme dans le système de chiffrement symétrique. L'une des clés peut être partagée publiquement (clé publique), tandis que l'autre doit être gardée secrète (clé privée).
L’utilisation de deux clés au lieu d’une produit également diverses différences fonctionnelles entre le chiffrement symétrique et asymétrique. Les algorithmes asymétriques sont plus complexes et plus lents que les algorithmes symétriques. Étant donné que les clés publiques et privées utilisées dans le chiffrement asymétrique sont mathématiquement liées, les clés elles-mêmes doivent être considérablement plus longues pour offrir un niveau de sécurité similaire à celui offert par des clés symétriques plus courtes.
Utilisation dans les systèmes modernes
Des algorithmes de cryptage symétriques sont utilisés dans de nombreux systèmes informatiques modernes pour améliorer la sécurité des données et la confidentialité des utilisateurs. L'Advanced Encryption Standard (AES), largement utilisé dans les applications de messagerie sécurisée et de stockage cloud, est un exemple frappant de cryptage symétrique.
En plus des implémentations logicielles, AES peut également être implémenté directement sur du matériel informatique. Les schémas de chiffrement symétriques basés sur le matériel utilisent généralement AES 256, une variante spécifique d'AES dotée d'une taille de clé de 256 bits.
Il convient de mentionner que la blockchain Bitcoin n'utilise pas de cryptage, comme beaucoup ont tendance à le croire. Au lieu de cela, un algorithme de signature numérique (DSA) spécifique connu sous le nom d'algorithme de signature numérique à courbe elliptique (ECDSA) est utilisé, qui génère des signatures numériques sans utiliser de cryptage.
Un point qui génère souvent de la confusion est que l'ECDSA est basé sur la cryptographie à courbe elliptique (ECC), qui à son tour peut être appliquée à plusieurs tâches, notamment le cryptage, les signatures numériques et les générateurs pseudo-aléatoires. Cependant, ECDSA lui-même ne peut pas être utilisé pour le cryptage.
Avantages et inconvénients
Les algorithmes symétriques offrent un niveau de sécurité raisonnablement élevé et, en même temps, permettent de chiffrer et de déchiffrer rapidement les messages. La relative simplicité des systèmes symétriques constitue également un avantage logistique, car ils nécessitent moins de puissance de calcul que les systèmes asymétriques. De plus, la sécurité assurée par le chiffrement symétrique peut être facilement augmentée en augmentant simplement la longueur des clés. Pour chaque bit ajouté à la longueur d’une clé symétrique, la difficulté de déchiffrer le cryptage à l’aide d’une attaque forcée augmente de façon exponentielle.
Bien que le chiffrement symétrique offre de nombreux avantages, il présente un inconvénient majeur : le problème inhérent à la transmission des clés utilisées pour chiffrer et déchiffrer les données. Lorsque ces clés sont partagées via une connexion non sécurisée, elles sont susceptibles d'être interceptées par des tiers ou des utilisateurs malveillants. Si un utilisateur non autorisé accède à une clé symétrique, la sécurité de toutes les données chiffrées à l'aide de cette clé sera compromise. Pour résoudre ce problème, de nombreux protocoles Web utilisent une combinaison de cryptage symétrique et asymétrique pour établir des connexions sécurisées. L'un des exemples les plus marquants d'un tel système hybride est le protocole de chiffrement TLS (Transport Layer Security) utilisé pour sécuriser de grandes parties de l'Internet moderne.
Il convient également de noter que tous les types de chiffrement informatique sont sujets à des vulnérabilités dues à une mauvaise mise en œuvre. Même si une clé suffisamment longue peut rendre mathématiquement impossible une attaque forcée, les erreurs de mise en œuvre par les programmeurs créent souvent des faiblesses qui ouvrent la voie à des cyberattaques.
Considérations finales
Grâce à sa relative rapidité, sa simplicité et sa sécurité, le chiffrement symétrique est largement utilisé dans des applications allant de la protection du trafic Internet à la protection des données stockées sur les serveurs cloud. Bien qu'ils soient souvent utilisés conjointement avec le chiffrement asymétrique afin de résoudre le problème du transfert sécurisé des clés, les schémas de chiffrement symétriques restent un élément essentiel de la sécurité informatique moderne.