CRYSTALS-Dilithium

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Définition

CRYSTALS-Dilithium (rebaptisé ML-DSA par le NIST dans FIPS 204, 2024) est l'algorithme de signature numérique post-quantique standardisé par le NIST, conçu pour remplacer ECDSA et RSA-PSS dans les environnements nécessitant une résistance aux ordinateurs quantiques. Il fait partie du projet CRYSTALS (Cryptographic Suite for Algebraic Lattices) avec Kyber. Comme Kyber, Dilithium est basé sur la difficulté des problèmes sur les réseaux euclidiens (Module Learning With Errors et Module Short Integer Solution), réputés résistants à l'algorithme de Shor et aux autres algorithmes quantiques connus. Sa sécurité a été intensément analysée pendant le processus de standardisation NIST de 8 ans (2016-2024). ML-DSA est défini en trois niveaux de sécurité : ML-DSA-44 (sécurité ~AES-128), ML-DSA-65 (sécurité ~AES-192, usage général recommandé), et ML-DSA-87 (sécurité ~AES-256, haute sécurité). Les signatures ML-DSA-65 font 3309 octets — plus grandes qu'ECDSA (64 octets) ou Ed25519 (64 octets) mais bien inférieures aux alternatives basées sur les hash comme SPHINCS+. Les applications prioritaires pour ML-DSA incluent : les certificats PKI à longue durée de vie (les Root CA peuvent avoir des certificats valides 20-30 ans, qui doivent rester valides dans un monde post-quantique), le code signing pour les logiciels critiques, les documents légaux à conservation longue durée, et les protocoles de signature de transactions financières. La migration des signatures numériques vers ML-DSA est plus complexe que la migration de l'échange de clés car elle touche à l'infrastructure PKI existante. Les Root CA devront être re-signées avec des algorithmes post-quantiques, nécessitant une mise à jour coordonnée des navigateurs, systèmes d'exploitation et équipements réseau — une transition qui prendra plusieurs années. L'approche hybride (combiner Ed25519 + ML-DSA dans une signature composite) est recommandée pendant la transition pour maintenir la compatibilité avec les systèmes existants tout en introduisant la résistance quantique.

ML-DSA vs SPHINCS+ — compromis taille/vitesse

Deux algorithmes de signature post-quantiques ont été standardisés par le NIST : ML-DSA (lattice-based, signatures de 2420-4595 octets selon le niveau) et SLH-DSA/SPHINCS+ (hash-based, signatures de 7856-49856 octets). ML-DSA est nettement plus performant en vitesse de signature et vérification, avec des signatures plus compactes. SPHINCS+ offre une sécurité basée uniquement sur des fonctions de hash (plus conservateur car moins récent), mais ses signatures de 8-49 Ko limitent son usage aux applications avec faibles contraintes de bande passante. ML-DSA est le choix général, SPHINCS+ pour les systèmes nécessitant une sécurité maximale à très long terme.

Migration des CA et certificats X.509 post-quantiques

La migration de l'écosystème PKI vers les algorithmes post-quantiques est un chantier mondial de grande ampleur. Les étapes incluent : génération de Root CA post-quantiques (ML-DSA ou hybrides classique+PQC), mise à jour des programmes root CA (Apple, Mozilla, Microsoft, Google Chrome), émission de CA intermédiaires hybrides, déploiement de certificats TLS hybrides sur les serveurs, et mise à jour des bibliothèques TLS (OpenSSL 3.x+, BoringSSL, Rustls). Des formats X.509 composite (draft-ietf-lamps-pq-composite-sigs) permettent d'inclure deux signatures (classique + PQC) dans un seul certificat pour la période de transition.

Code signing post-quantique

Les éditeurs de logiciels qui signent aujourd'hui des exécutables avec ECDSA ou RSA-PSS doivent planifier la migration vers ML-DSA. La contrainte principale est la taille des signatures : les installeurs Windows signés Authenticode devront embarquer des signatures ML-DSA de plusieurs Ko au lieu de quelques centaines d'octets. Microsoft, Google et Apple travaillent sur les modifications nécessaires à leurs plateformes de vérification de signature. Les outils de CI/CD et les pipelines de code signing devront être mis à jour. La priorité : les logiciels distribuant des mises à jour critiques (OS, navigateurs, antivirus) dont la signature doit rester vérifiable dans 20 ans.

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