Doctorant Transition Post-Quantique des Porotocles de Communication Sécurisés H/F - INRIA

A propos d'Inria

Inria, l'institut national de recherche dans les sciences et technologies du numérique, est en appui de l'État pour les stratégies nationales de recherche et d'innovation du numérique en tant qu'Agence de programmes. Inria mène plus de 300 projets de recherche et d'innovation avec ses 3500 scientifiques, ingénieurs et personnels d'appui, en partenariat avec les universités et l'écosystème numérique (entreprises, entrepreneurs, acteurs publics). Ensemble, nous explorons des domaines clés comme l'intelligence artificielle, la cybersécurité, l'informatique quantique, le Cloud, la transformation numérique de la santé, les jumeaux numériques ou encore les technologies numériques pour la défense. Nous construisons des solutions concrètes telles que des logiciels, des startups technologiques, des partenariats avec les entreprises du tissu national et des formations de pointe. Notre objectif : l'impact scientifique, technologique et industriel au service de la souveraineté numérique de la France.

Doctorant F/H Transition post-quantique des porotocles de communication sécurisés

Type de contrat : CDD

Niveau de diplôme exigé : Bac +5 ou équivalent

Fonction : Doctorant

Niveau d'expérience souhaité : Jeune diplômé

A propos du centre ou de la direction fonctionnelle

Créé en 2008, le Centre de recherche Inria de Saclay est situé au coeur du pôle d'excellence scientifique et technologique Paris-Saclay qui réunit à lui seul 15% de la recherche française.Au service du développement de l'Université Paris-Saclay et de l'Institut Polytechnique de Paris, le Centre Inria de Saclay compte 80 personnes travaillant dans les services d'appui à la recherche et 500 scientifiques issus de54 nationalités.

Bénéficiant d'une croissance continue, le centre totalise aujourd'hui42 équipes-projetset deux en cours de création, dont 21 communes avec avec l'Institut Polytechnique de Paris, 16 avec l'Université Paris-Saclay, ainsi que 7 EP Inria dont une en collaboration avec l'Onera et une en collaboration avec le Pôle Universitaire Centre Val de Loire. Ces équipes de recherche sont réparties sur plus de dix sites.

Contexte et atouts du poste

Les protocoles de communications sécurisées permettent à une ou plusieurs parties de communiquer de façon protégée sur le réseau. Des mécanismes cryptographiques sont utilisés pour assurer plusieurs propriétés de sécurité essentielles : l'authentification et l'anonymat des parties, la confidentialité et l'intégrité des données échangées, la confidentialité persistante et la protection anti-rejeu. Les mécanismes cryptographiques symétriques bénéficient de petites tailles de clés et d'efficacité en temps de calcul. Néanmoins, ils nécessitent un partage préalable de secret. Ce partage peut avoir lieu en utilisant de la cryptographie asymétrique. Ainsi, la plupart des protocoles de communications sécurisées sont généralement composés de deux phases :
- une première phase d'échange de clés authentifié, où les parties établissent un secret partagé.
Par exemple, l'échange de clés s'appuie sur le mécanisme Diffie-Hellman, et l'authentification sur des signatures. Pendant cette phase, les parties peuvent également négocier les mécanismes cryptographiques à utiliser pour la protection des données.
- Une seconde phase qui prend en entrée le secret partagé issu de la première phase, et dérive de ce secret partagé des clés de session. Ces clés sont ensuite utilisées pour protéger le flux de données entre les parties, avec des mécanismes cryptographiques symétriques. Ces données sont protégées notamment en confidentialité et intégrité.

Parmi les protocoles de communication sécurisés, on retrouve les protocoles de sécurisation des communications IP (p.e., IPSec [ANS26c], WireGuard [Don17]), les protocoles de sécurisation des connexions (p.e., TLS [ANS26b], QUIC), les protocoles de connexion à distance sécurisée (p.e., SSH [ANS26a]) ou même les protocoles de messagerie sécurisée (p.e., Signal). Plus généralement, la majorité des protocoles utilisés pour le nomadisme sont concernés par ces travaux.
Menace quantique. La menace quantique oblige la communauté à remplacer les mécanismes asymétriques utilisées aujourd'hui par des mécanismes post-quantiques. C'est le cas en particulier des mécanismes reposant sur les problèmes de la factorisation et du logarithme discret, vulnérables à un potentiel ordinateur quantique [Sho94]. Ainsi, l'échange de clés Diffie-Hellman doit être remplacé par un échange basé sur un mécanisme d'encapsulation de clé (KEM) post-quantique. De la même manière, les signatures doivent être remplacées par des signatures post-quantiques. Ces mécanismes post-quantiques ne sont pas encore arrivés au stade de maturité suffisante en termes de cryptanalyse et d'implémentation. Ainsi, dans le cadre de la transition post-quantique, l'hybridation est recommandée [ANS22, ANS23]. L'idée consiste à combiner des mécanismes post-quantiques et des mécanismes classiques. Une approche crypto-agile est également préconisée, permettant de remplacer rapidement un algorithme vulnerable par un autre, tout en préservant la fonctionnalité et les propriétés de sécurité du protocole.

Transition post-quantique. Avec la nouvelle émergence de ces mécanismes post-quantiques
et les difficultés associées, les protocoles de communication sécurisés doivent être adaptés. Leur
transition vers une sécurité post-quantique est un sujet de recherche très actif dans les communautés
académiques et industrielles, ces protocoles étant largement déployés dans les architectures actuelles
et appelés à perdurer. Par ailleurs, plusieurs nouvelles propositions existent déjà mais plusieurs
questions restent ouvertes.

Mission confiée

La mission principale de cette thèse est de faire avancer les travaux de recherche pour permettre une transition efficace des protocoles de communications sécurisés avant l'arrivée d'un ordinateurquantique.

Amélioration de protocoles existants. Plusieurs propositions post-quantiques pour des protocoles de communications sécurisées ont été publiées (p.e., [ANS26b, ANS26a, ANS26c, SSW20, DJK+ 25, LSB25]). Un des objectifs de la thèse est d'étudier ces travaux et de proposer des améliorations sur les constructions existantes, notamment en niveau de sécurité, temps de calcul, nombre de messages échangés, taille de messages, etc...

Conception de nouveaux protocoles. Un autre objectif de la thèse est de proposer de nouvelles constructions de protocoles de communications sécurisées, plus efficaces que les constructions existantes. En effet, il reste des questions ouvertes sur l'existence de constructions mieux adaptées au contexte post-quantique, par exemple pour les protocoles VPN ou de messagerie sécurisée.
Par exemple, une piste de recherche est d'analyser comment dépasser la limitation actuelle sur la taille des messages tout en minimisant le nombre de messages nécessaires à la réalisation de la première phase d'échange de clé authentifié. Cette limitation a par exemple été explorée dans des travaux récents menés par des membres de l'équipe de ce projet de thèse, portant à l'hybridation de WireGuard [LMRT25].

Preuves de sécurité de protocoles. La modification de protocoles existants ou la proposition de nouvelles constructions peut ouvrir des portes à des attaques. Ainsi, avoir des preuves de sécurité pour ces constructions est un objectif cohérent et nécessaire dans le cadre de cette thèse, dans le but d'obtenir des constructions pratiques et prouvées, donnant un niveau de confiance plus élevé.
Plusieurs types de preuves peuvent être réalisées dans le modèle calculatoire [Sho04] ou le modèle symbolique [DY81].

Implémentations de protocoles. Cette thèse s'inscrit dans un cadre pratique. En effet, les propositions de constructions visent à obtenir des instances utilisables sur des équipements existants. Pour cela, un objectif de la thèse sera de proposer des implémentations des travaux réalisés,
prouvant la possibilité de la mise en oeuvre de ces protocoles dans un cadre réel. Ces implémentation pourront s'appuyer sur des librairies existantes [SM16].

Principales activités

• Etat de l'art des protocoles de communication sécuriés pour lesquels il existe des pistes de transition post quantique
  • Mesure de l'impact sur les performance (taille / temps)
  • Proposition d'amélioration de ces constructions
• Proposition de nouvelles constructions de communication sécurisés, mieux conçus pour la cryptographie post quantique.
  • Prise en compte de la crypto agilité
• Optimisation des preuves de sécurité des protocoles proposés
• Amélioration de l'efficacité des implémentations
• Rédaction d'articles et du manuscrit de thèse

Compétences

Master en cryptographie

Anglais B1 minimum et Français C2

Expérience sur les VPN Wireguard, la transition post quantique et le protocole Noise

Expérience dans le travail avec une agence telle que l'ANSSI

Avantages

• Restauration subventionnée
• Transports publics remboursés partiellement
• Congés: 7 semaines de congés annuels + 10 jours de RTT (base temps plein) + possibilité d'autorisations d'absence exceptionnelle (ex : enfants malades, déménagement)
• Possibilité de télétravail et aménagement du temps de travail
• Équipements professionnels à disposition (visioconférence, prêts de matériels informatiques, etc.)
• Prestations sociales, culturelles et sportives (Association de gestion des oeuvres sociales d'Inria)
• Accès à la formation professionnelle

Rémunération

2300€ brut/mois

• Anglais
• VPN
• Crypto
• Français
• Cryptographie