Algorithmes de chiffrement symétrique

Le chiffrement symétrique utilise une seule clé partagée pour chiffrer et déchiffrer les données. L’expéditeur et le destinataire doivent tous deux posséder la même clé secrète, et sa protection est essentielle : toute personne qui la détient peut déchiffrer les données. Le chiffrement symétrique est rapide et efficace sur le plan informatique, ce qui le rend idéal pour chiffrer de grands volumes de données. Son principal défi est la distribution des clés : comment deux parties peuvent-elles partager une clé de manière sécurisée avant de disposer d’un canal sécurisé ?

Advanced Encryption Standard (AES) est l’algorithme de chiffrement symétrique le plus utilisé aujourd’hui. NIST l’a adopté en 2001 pour remplacer DES. AES fonctionne avec des blocs de 128 bits et prend en charge trois tailles de clé : AES-128, AES-192 et AES-256, le nombre indiquant la longueur de la clé en bits. AES-256 offre la marge de sécurité la plus élevée. AES est utilisé dans TLS pour HTTPS, le chiffrement de disque entier (BitLocker), le chiffrement de fichiers et pratiquement toutes les applications modernes sécurisées. Lorsqu’il est correctement implémenté, aucune faiblesse pratique connue ne lui est attribuée.

Data Encryption Standard (DES) a été le premier algorithme symétrique largement adopté, normalisé en 1977 avec une key de 56 bits. Une key de 56 bits ne signifie que 2^56 keys possibles — en 1999, un projet d’informatique distribuée a déchiffré un message chiffré avec DES en moins de 24 heures. DES est désormais considéré comme cassé sur le plan cryptographique et ne doit jamais être utilisé dans de nouveaux systèmes. Il reste important pour l’examen Security+, car comprendre pourquoi DES a échoué (longueur de key insuffisante) permet de mieux comprendre pourquoi les algorithmes modernes comme AES utilisent des keys de 128 à 256 bits.

Triple DES (3DES ou TDEA) a été créé comme solution provisoire à la faiblesse de DES, en appliquant trois fois l’algorithme DES à chaque bloc de données. L’utilisation de trois keys différentes de 56 bits fournit une force effective de 112 bits, jugée suffisante jusqu’au début des années 2000. Cependant, 3DES est nettement plus lent qu’AES (le chiffrement étant appliqué trois fois) et est vulnérable à l’attaque anniversaire Sweet32 sur les connexions longues. NIST a officiellement déconseillé 3DES en 2023. Il est progressivement remplacé par AES dans toutes les applications.

Les algorithmes symétriques sont classés en chiffres par blocs ou chiffres de flux. Les chiffres par blocs (AES, DES) chiffrent des portions de données de taille fixe (un « bloc ») — AES utilise des blocs de 128 bits. Les chiffres de flux chiffrent les données bit par bit ou octet par octet à l’aide d’un flot de keys, ce qui les rend plus rapides et adaptés aux communications en temps réel. RC4 a autrefois été le chiffre de flux dominant, mais il est désormais cassé et déconseillé. ChaCha20 est le chiffre de flux moderne privilégié, utilisé dans TLS 1.3 et WireGuard pour sa rapidité et sa sécurité sur les appareils dépourvus d’accélération AES.

La manière dont un chiffre par blocs traite plusieurs blocs de données est déterminée par son mode de fonctionnement. ECB (Electronic Code Book) chiffre chaque bloc indépendamment, ce qui produit un texte chiffré identique pour des blocs de texte en clair identiques — un phénomène célèbre visible dans la démonstration de l’image du « pingouin ECB ». Ce mode n’est jamais sécurisé. CBC (Cipher Block Chaining) applique un XOR à chaque bloc de texte en clair avec le bloc de texte chiffré précédent avant le chiffrement, ce qui ajoute de la diffusion. GCM (Galois/Counter Mode) fournit à la fois le chiffrement et l’authentification de l’intégrité (AEAD) et constitue le mode privilégié dans TLS 1.3.

La sécurité d’un algorithme de chiffrement symétrique est directement liée à la longueur de sa key. Des keys plus longues signifient davantage de combinaisons possibles et un travail exponentiellement plus important pour un attaquant par force brute. Une key de 128 bits possède 2^128 combinaisons possibles — même à raison d’un milliard de milliards de tentatives par seconde, une attaque par force brute durerait plus longtemps que l’âge de l’Univers. NIST recommande des keys d’au moins 128 bits pour le chiffrement symétrique des nouveaux systèmes, les keys de 256 bits étant privilégiées pour les applications nécessitant une sécurité à long terme contre les futures menaces liées à l’informatique quantique.

La principale faiblesse du chiffrement symétrique est la gestion des keys. Le chiffrement n’est sécurisé qu’à la mesure de la sécurité de la key. Les défis de la gestion des keys comprennent : la distribution des keys (partager la key de manière sécurisée avant la communication), le stockage des keys (protéger les keys au repos à l’aide de modules de sécurité matériels ou de coffres-forts de keys), la rotation des keys (changer périodiquement les keys pour limiter l’exposition) et la destruction des keys (supprimer les keys de manière sécurisée lorsqu’elles ne sont plus nécessaires). Une mauvaise gestion des keys a causé davantage d’échecs de chiffrement dans le monde réel que les faiblesses mathématiques des algorithmes eux-mêmes.

AES est l’algorithme utilisé par les outils de chiffrement les plus courants avec lesquels les professionnels de la sécurité travaillent quotidiennement. BitLocker (Windows) et FileVault (macOS) utilisent AES-128 ou AES-256 pour chiffrer des volumes de disque entiers et protéger les données en cas de vol d’un ordinateur portable. VeraCrypt fournit un chiffrement des disques compatible avec plusieurs plateformes. AES-256-GCM est utilisé par les fournisseurs de cloud (AWS S3, Google Cloud) pour chiffrer les objets au repos. Comprendre quel algorithme se trouve au cœur d’un produit permet d’évaluer si son implémentation du chiffrement est adaptée au niveau de sensibilité des données.

Deux autres algorithmes symétriques apparaissent fréquemment dans les supports de formation Security+. Blowfish (1993) est un chiffre par blocs à longueur de key variable (32 à 448 bits), conçu par Bruce Schneier comme alternative à DES appartenant au domaine public. Bien qu’il soit rapide et gratuit, sa taille de bloc de 64 bits le rend vulnérable aux attaques anniversaires lors des sessions longues. Twofish (1998) a été finaliste du concours AES, avec des keys de 128, 192 ou 256 bits et une taille de bloc de 128 bits. Bien que ces deux algorithmes restent sécurisés, AES a remporté le concours de NIST et domine les implémentations modernes. La connaissance de ces algorithmes permet de mieux situer le choix d’AES.

Le chiffrement symétrique et le chiffrement asymétrique jouent des rôles complémentaires. Le chiffrement symétrique (AES) est rapide et convient au chiffrement de grandes quantités de données. Le chiffrement asymétrique (RSA) est lent, mais il résout le problème de distribution des keys. En pratique, ils sont combinés : le chiffrement asymétrique sert à échanger de manière sécurisée une key de session symétrique, puis le chiffrement symétrique prend en charge tout le transfert de données en volume. Cette approche hybride est au fondement de TLS (HTTPS), des VPN et du chiffrement des e-mails avec PGP — elle offre à la fois la sécurité de l’échange de keys asymétriques et la rapidité du chiffrement symétrique des données.

Vérifiez votre compréhension des notions de CompTIA Security+ (SY0-701) abordées dans cette leçon.

Dans cette leçon, vous avez appris que : le chiffrement symétrique utilise une key partagée pour le chiffrement et le déchiffrement ; AES (128/192/256 bits) est la norme actuelle ; DES (56 bits) est cassé et déconseillé ; les modes des chiffres par blocs (GCM étant privilégié) déterminent la manière dont les blocs sont enchaînés ; et la gestion des keys constitue le principal défi opérationnel. Nous allons maintenant étudier le chiffrement asymétrique et les paires de keys.