Les leçons de DES : ce que nous avons appris

La clé de 56 bits de DES a été conçue en fonction de la puissance de calcul de 1977. Les concepteurs s'attendaient à ce qu'elle reste sûre pendant au moins 10 à 15 ans. En 1997 (20 ans plus tard), elle pouvait être cassée en quelques mois ; en 1999, en quelques heures.

La leçon à retenir est que la longueur des clés cryptographiques doit tenir compte des progrès futurs de l'informatique. NIST recommande désormais que les systèmes disposent d'une marge de sécurité d'au moins 112 bits pour rester sûrs jusqu'en 2030, et de 128 bits ou plus pour une sécurité à long terme.

Auguste Kerckhoffs a déclaré en 1883 qu'un chiffrement devait rester sûr même si tout le système, à l'exception de la clé, était connu du public. DES fut le premier chiffrement normalisé par un gouvernement conçu explicitement selon ce principe.

La publication de la spécification complète de DES a permis à la communauté cryptographique de l'analyser à la recherche de faiblesses pendant 20 ans. Le chiffrement s'est révélé plus résistant sous l'examen public que les solutions de remplacement qui reposaient sur le secret de l'algorithme.

À la première publication de DES, les critères de conception des boîtes S étaient gardés secrets par la NSA. Cela a alimenté les théories du complot sur d'éventuelles portes dérobées. Dans les années 1990, les critères ont été révélés, montrant que les boîtes S avaient été conçues spécifiquement pour résister à la cryptanalyse différentielle.

Cette leçon de transparence a conduit les concours modernes de chiffrement à exiger la publication de la justification complète de la conception. Les candidats à AES ont publié des critères de conception et des arguments de sécurité complets, permettant une analyse publique approfondie.

L'implication de la NSA dans la réduction de la longueur de clé de DES, de 128 à 56 bits, et dans la modification des boîtes S a créé une méfiance institutionnelle durable à l'égard de la participation des gouvernements à l'élaboration des normes cryptographiques.

Cette méfiance a été amplifiée par le scandale de la porte dérobée Dual_EC_DRBG (2013), dans lequel il a été établi que la NSA avait délibérément affaibli une norme de générateur de nombres aléatoires de NIST. L'expérience de DES a instauré une attitude de scepticisme sain envers les interventions gouvernementales dans les algorithmes de chiffrement.

Une leçon de DES est l'importance de l'agilité algorithmique : les systèmes doivent être conçus pour remplacer facilement les algorithmes cryptographiques lorsqu'ils deviennent obsolètes. Les systèmes dont DES était codé en dur ont nécessité des migrations coûteuses de remplacement intégral.

Les protocoles cryptographiques modernes tels que TLS négocient le choix des algorithmes au début de chaque connexion, ce qui permet aux deux parties de s'accorder sur les algorithmes les plus robustes qu'elles prennent toutes deux en charge. Ainsi, de nouveaux algorithmes peuvent être déployés sans rompre la compatibilité descendante.

NIST a appris de l'expérience de DES qu'un processus gouvernemental fermé produit de la méfiance et des algorithmes potentiellement faibles. Le concours AES (1997-2001) était entièrement ouvert : toute organisation dans le monde pouvait soumettre un candidat.

Quinze algorithmes ont été soumis par des équipes des US, d'Europe et d'ailleurs. Cinq finalistes ont été analysés publiquement pendant trois ans. Rijndael, développé par des cryptographes belges, a remporté le concours grâce à ses mérites techniques. Le processus ouvert a suscité une large confiance dans AES.

Le concours AES a appliqué directement les leçons de DES : nombreuses options de longueur de clé (128, 192 et 256 bits), taille de bloc de 128 bits répondant aux préoccupations liées aux attaques par anniversaire, publication complète des critères de conception et cryptanalyse publique sur plusieurs années.

AES a résisté à plus de 20 ans de cryptanalyse publique sans attaques pratiques. Les meilleures attaques connues contre AES sont à peine plus efficaces que la force brute, ce qui confirme que le processus de concours ouvert a produit un chiffrement robuste.

Des millions d'implémentations matérielles de DES existent dans les distributeurs automatiques de billets, les terminaux de paiement, les décodeurs satellites et les systèmes de contrôle industriels. Remplacer du matériel coûte beaucoup plus cher et prend beaucoup plus de temps que mettre à jour un logiciel.

La leçon à retenir est que les implémentations cryptographiques matérielles doivent prévoir le remplacement des algorithmes dès le départ. Les HSM modernes et les puces de cartes à puce sont conçus pour prendre en charge plusieurs algorithmes et peuvent être mis à jour par micrologiciel afin d'ajouter de nouvelles normes.

Après DES, le processus de normalisation de NIST est devenu plus transparent et inclusif. Les périodes de commentaires publics ont été prolongées, les conceptions des algorithmes ont été publiées intégralement avant la normalisation et la participation internationale a été activement encouragée.

La normalisation de la cryptographie post-quantique de NIST (2016-2024) a appliqué toutes ces leçons : concours international ouvert, plusieurs phases de cryptanalyse publique, critères de sélection transparents et normalisation simultanée de plusieurs algorithmes pour assurer la diversité.

La cryptographie moderne a résolu le problème de la longueur des clés : AES-256 offre des marges de sécurité si grandes que les attaques par force brute sont impossibles dans un avenir prévisible. Le défi restant est la gestion des clés.

La génération des clés (clés véritablement aléatoires), le stockage des clés (protégées contre les accès non autorisés), la distribution des clés (partagées de manière sécurisée avec les bonnes parties), la rotation des clés (changer les clés sans interrompre le service) et la révocation des clés (révoquer les clés compromises) sont les problèmes non résolus à l'origine de la plupart des échecs cryptographiques dans le monde réel.

La transition vers la cryptographie post-quantique (PQC) est l'équivalent moderne de la transition de DES à AES. Les ordinateurs quantiques menacent RSA et ECC, tout comme la croissance exponentielle de la puissance matérielle menaçait DES.

NIST a finalisé ses premières normes PQC en 2024 : CRYSTALS-Kyber (désormais ML-KEM) pour l'encapsulation de clés et CRYSTALS-Dilithium (désormais ML-DSA) pour les signatures. Les leçons de DES, notamment le concours ouvert et l'agilité algorithmique, ont été appliquées directement au processus de normalisation de PQC.

Évaluez votre compréhension des leçons tirées de l'ère de DES.

DES nous a appris que les longueurs de clé doivent tenir compte de la loi de Moore, que l'examen public renforce les chiffrements, que les critères de conception des boîtes S doivent être publiés et que la participation des gouvernements aux normes exige de la transparence.

L'agilité algorithmique, les concours ouverts (AES, PQC) et le matériel conçu pour permettre le remplacement des algorithmes sont autant de réponses directes à l'héritage de DES. Le problème le plus difficile de la cryptographie moderne n'est pas la longueur des clés, mais leur gestion.