Performance Evaluation of Post-Quantum Cryptography in Avionic Communication

La possibilité de disposer d’ordinateurs quantiques entièrement fonctionnels représente un risque pour les systèmes cryptographiques publics utilisés aujourd’hui. En effet, grâce à l’algorithme de Shor, ces ordinateurs pourraient être en mesure de casser les algorithmes RSA et ECC. Afin de sécuriser nos communications contre de tels ordinateurs, il est nécessaire d’utiliser des algorithmes résistants à ces potentielles attaques quantiques. Le NIST a lancé un processus de standardisation de quelques candidats post-quantiques pour l’encapsulation de clés et les signatures numériques, et a actuellement sélectionné quatre d’entre eux pour la normalisation. Cependant, certains de ces algorithmes nécessitent une puissance de calcul plus élevée, une bande passante plus élevée et une utilisation de mémoire plus importante que les algorithmes classiques utilisés aujourd’hui. Cela pose un défi pour l’implémentation de tels algorithmes dans des dispositifs à faible consommation d’énergie. Dans cette recherche, nous avons évalué les performances de ces algorithmes dans les systèmes avioniques, plus précisément dans les systèmes de communication avionique. L’avionique fait référence au matériel électronique utilisé par les aéronefs pour soutenir leur fonctionnement, leur navigation, leur communication et leur fonctionnalité globale. Les systèmes de communication avionique sont généralement considérés comme de l’électronique de faible puissance avec une bande passante très limitée, ce qui rend la mise en oeuvre du post-quantique sur ces systèmes un défi. La conception des communications air-sol englobe toutes les communications avioniques où un aéronef communique avec une station au sol. Ces communications ne sont généralement pas chiffrées. Cependant, l’infrastructure ATN/IPS est actuellement en cours de développement pour prendre en charge l’ajout de confidentialité et d’authentification via DTLS. Dans cette recherche, nous présenterons les impacts du passage des algorithmes cryptographiques classiques aux algorithmes post-quantiques dans DTLS pour les communications air-sol en utilisant ATN/IPS comme modèle. Nos résultats ont montré que les meilleurs candidats pour les communications avioniques sont KYBER et Falcon. En émulant la phase Handshake de DTLS dans ATN/IPS sur du matériel avionique, nous concluons d’abord que l’utilisation de bande passante plus élevée de ces algorithmes sera le facteur le plus impactant dans les communications avioniques lors de la transition aux algorithmes post-quantiques. Plus spécifiquement, passer de ECC à KYBER doublerait généralement le temps de complétion de la phase Handshake et la même chose peut être dite pour la transition ECC à Falcon.