Résumé technique : Lier la PQC au Copyleft via la QGPL et évaluer l'intégrité de la distribution résistante au quantique

1. Énoncé du problème

La transition vers la cryptographie post-quantique (PQC) est généralement formulée comme un problème de confidentialité (« récolter maintenant, décrypter plus tard »). Cependant, l'article identifie une menace structurellement identique mais moins discutée pour l'intégrité et l'authenticité. Les schémas de signature à clé publique classiques (par exemple, RSA, ECDSA, EdDSA) reposent sur la factorisation d'entiers ou les logarithmes discrets, qui sont vulnérables à l'algorithme de Shor sur un futur ordinateur quantique cryptographiquement pertinent (CRQC).

Pour la science ouverte et l'archivage à long terme, cela crée un décalage temporel critique : les artefacts de recherche sont souvent préservés pendant des décennies, dépassant l'horizon de sécurité des signatures classiques utilisées pour les protéger lors de leur publication. Si une signature classique devient falsifiable, un adversaire peut substituer un artefact et générer une signature valide, permettant ainsi aux données altérées de passer la vérification même après la disparition de l'environnement de distribution d'origine. Les systèmes de chaîne d'approvisionnement existants (Sigstore, in-toto, SLSA) fournissent des contrôles techniques mais ne lient pas ces exigences d'intégrité aux licences de redistribution. Inversement, les licences réciproques (par exemple, GPLv3, CC BY-SA) régissent la redistribution mais ne prescrivent pas de métadonnées cryptographiques. Cette lacune laisse les artefacts scientifiques à longue durée de vie vulnérables à une substitution indétectable dans un futur post-quantique.

2. Méthodologie et conception du système

Les auteurs proposent la Quantum General Public License (QGPL) v3.0, une spécification légale-technique qui fait de l'intégrité de la distribution post-quantique une condition de la redistribution. La méthodologie combine un cadre juridique avec un kit d'outils de conformité cryptographique spécifique.

2.1 Construction légale-technique

• Couche de licence : La QGPL impose que tout travail modifié couvert redistribué doit inclure des Métadonnées de Distribution Quantum-Safe (QSDM). Cela crée un mécanisme de propagation réciproque où l'exigence d'intégrité PQ accompagne l'artefact à travers les dérivés en aval.
• Couche de conformité technique : Le QSDM consiste en un manifeste vérifiable par machine contenant :
  1. Les empreintes cryptographiques des artefacts.
  2. Des signatures générées par des schémas PQ approuvés.
  3. Le matériel de clé publique ou des références.
  4. Des identifiants explicites d'algorithme et de paramètres.
  5. Des informations sur l'émetteur et l'état de la clé.

2.2 Architecture cryptographique

Le kit de conformité utilise un modèle de confiance à racine hors ligne à deux niveaux :

• Clé racine : Une clé racine hors ligne, rarement utilisée, signe le document keys.json. L'article recommande SLH-DSA-SHA2-256s (basé sur des fonctions de hachage sans état) pour ce rôle afin de fournir une diversité d'hypothèses et de minimiser l'exposition.
• Clés de signature opérationnelles : Des clés rotatives en ligne signent les manifestes de version. L'article recommande ML-DSA-65 (basé sur des réseaux modulaires) pour la signature de routine en raison de ses performances.
• Signatures hybrides : Le système prend en charge des signatures hybrides strictement additives (par exemple, ML-DSA-65 + Ed25519). Selon la politique par défaut, chaque composant doit être vérifié. Un composant classique complète mais ne peut remplacer le composant PQ obligatoire.
• Format du manifeste : Les manifestes sont des documents JSON canonisés via RFC 8785 (JCS) pour garantir une représentation octet par octet déterministe, empêchant la malléabilité de la signature.

2.3 Protocole de vérification

La vérification est conçue pour être capable de fonctionner hors ligne. Un vérificateur nécessite uniquement :

1. Une empreinte de racine ancrée (obtenue via un canal hors bande).
2. Le document keys.json (signé par la racine).
3. Le manifeste de version et les artefacts.
   Aucune connexion continue à une autorité de certification (CA), un journal de transparence ou un fournisseur d'identité n'est requise lors de la vérification. Le vérificateur contrôle la signature de la racine, valide l'autorisation de la clé de signature et le statut de révocation dans keys.json, puis vérifie la signature PQ par rapport au manifeste.

3. Principales contributions

L'article présente quatre contributions majeures :

1. Spécification légale : Une définition des métadonnées de distribution PQ comme une condition obligatoire de la redistribution, applicable aux travaux dérivés modifiés en aval.
2. Modèle de confiance hors ligne : Une hiérarchie de clés supportant la rotation et la révocation des clés de signature sans nécess avoir besoin d'un service de confiance tiers continuellement joignable, en s'appuyant sur une empreinte de racine ancrée et un keys.json mis en cache.
3. Signatures hybrides strictement additives : Une construction où un composant classique peut compléter mais ne peut jamais remplacer le composant PQ requis, garantissant que même si les schémas classiques sont brisés, le composant PQ reste l'ancrage de sécurité.
4. Évaluation empirique : Une implémentation reproductible (qgpl_ref) évaluant la latence, le surcoût des métadonnées, la conformité et la récupération archivistique sur du matériel courant.

4. Résultats expérimentaux

Les auteurs ont évalué le système sur une plateforme Apple Silicon (ARM64) en utilisant des algorithmes normalisés par le NIST.

• Latence cryptographique :
  • ML-DSA-65 : Signe en 0,72 ms et vérifie en 0,37 ms.
  • SLH-DSA-SHA2-256s (Racine) : Signe en 889,2 ms (justifiant son utilisation uniquement pour des opérations de racine infrequentes) et vérifie en 1,50 ms.
  • Hybride (ML-DSA-65 + Ed25519) : Ajoute 64 octets à la taille de la signature et augmente le chemin de signature-vérification de <0,3 ms.
• Surcoût des métadonnées :
  • Pour un seul artefact, le surcoût fixe des métadonnées (manifeste + signature + clés) est d'environ 10,8 KiB pour ML-DSA-65.
  • Le surcoût relatif descend sous les 1 % pour les artefacts de plus de 1,06 MiB.
  • Manifestes agrégés : Pour 1 000 fichiers, le coût de métadonnées amorti par artefact est de 148 octets, démontrant la scalabilité pour de grands ensembles de données.
• Conformité et récupération :
  • Le vérificateur a correctement classé tous les cas de test, y compris les versions valides, les discordances de digest, les signatures corrompues, les clés révoquées et les états de clés expirés.
  • Récupération PQ-seule : Dans un scénario où le composant classique d'une signature hybride est corrompu, le mode de vérification « PQ-seul » a réussi à récupérer la validité du composant PQ, permettant de vérifier l'artefact comme étant sûr face au quantique malgré la perte de la signature classique.

5. Signification et affirmations

L'article affirme que l'intégrité post-quantique propagée par licence est pratique pour la distribution d'artefacts scientifiques à long terme sans infrastructure centralisée.

• Praticité : Les latences et les tailles de métadonnées mesurées indiquent que les signatures PQ peuvent être intégrées dans les pipelines de publication standards avec un impact minimal sur les performances, particulièrement lorsqu'on utilise des manifestes agrégés.
• Viabilité de l'archivage : Le modèle de confiance capable de fonctionner hors ligne garantit que les artefacts peuvent être vérifiés des décennies plus tard, même si l'infrastructure de signature d'origine, les CA ou les journaux de transparence cessent d'exister, à condition que l'empreinte de la racine soit préservée.
• Complémentarité : Les auteurs positionnent la QGPL comme complémentaire aux systèmes existants tels que Sigstore et SLSA. Alors que ces systèmes gèrent l'identité et la provenance de la construction, la QGPL traite spécifiquement de l'exigence d'authenticité à long horizon en liant une signature résistante au quantique à la licence de redistribution elle-même.

Limites et portée :
Les auteurs déclarent explicitement que le travail évalue la conception technique et le surcoût de conformité, et non la force juridique. L'article ne prétend pas prouver la validité juridique des conditions de licence dans toutes les juridictions, ni établir que la clé racine a été générée hors ligne (cela reste une hypothèse procédurale). De plus, le kit d'outils actuel ne peut pas attester cryptographiquement de la nature hors ligne de la génération de la clé racine. La solution est présentée comme un design pour la science ouverte où le décalage entre les durées de vie de l'archivage et de la cryptographie est le plus marqué.