Calculs sur le cloud : comment stocker et exploiter les données de façon sûre… et pas trop onéreuse

Stocker des données dans le cloud est désormais routinier, tant pour les particuliers que pour les entreprises, mais les risques de cybersécurité existent encore, notamment dans la gestion de l’authentification de l’utilisateur et le contrôle d’accès.

Les chercheurs développent de nouvelles méthodes afin d’assurer un stockage sûr, qui ne soit pas trop gourmand en énergie, et qui permette une exploitation efficace des données. Pour cela, ils proposent notamment d’effectuer les calculs directement sur des données cryptées.

En raison de la quantité énorme de données sensibles conservées en ligne, les systèmes de cloud sont devenus un outil indispensable aux opérations commerciales modernes, mais également une cible significative de cyberattaques. À l’heure actuelle, plus de 90 % des organisations s’appuient sur les services de clouds pour des opérations essentielles, et il y a plus de 3,6 milliards d’utilisateurs actifs dans le monde — ce qui signifie que 47 % de la population mondiale recourt aux services de clouds. La dépendance à leur égard est donc généralisée.

Malheureusement, cet usage intensif implique des risques accrus. Les violations de données s’accroissent, tant par leur fréquence que par leur gravité, et 44 % des entreprises ont fait part de failles dans leur environnement cloud. 14 % d’entre elles avaient connu une violation de données au cours des douze derniers mois.

Alors que les organisations transfèrent de plus en plus de données sensibles sur un cloud (près de la moitié des informations stockées sont considérées comme sensibles), la surface vulnérable aux attaques s’accroît pour les cybercriminels. Par conséquent, les incidents sont plus fréquents et à plus haut risque, puisque la perte d’informations sensibles peut avoir des effets importants, tant sur le plan financier que sur le plan de la réputation. Le coût moyen mondial d’une violation de données en 2024 était estimé à 4,88 millions de dollars.

Aujourd’hui, ce qu’on appelle le « chiffrement coté client » permet de préserver efficacement la sécurité des données et leur confidentialité. Cependant, pour que des données chiffrées soient utiles, il faut pouvoir s’en servir en toute sécurité — les exploiter en faisant des calculs, par exemple. Pour cela, il reste encore un long chemin à parcourir, car nous faisons encore face à de gros problèmes de performance et de mise à l’échelle. Les chercheurs continuent de chercher les moyens de combler cette défaillance, afin de permettre un usage massif de ces données qui soit respectueux de la confidentialité, plus efficace et accessible à des applications à grande échelle.

Du lundi au vendredi + le dimanche, recevez gratuitement les analyses et décryptages de nos experts pour un autre regard sur l’actualité. Abonnez-vous dès aujourd’hui !

Les causes profondes des incidents de sécurité sur le cloud

L’authentification utilisateur et le contrôle d’accès sont parmi les mécanismes essentiels permettant d’éviter les violations de données.

L’authentification utilisateur est la procédure de vérification de l’identité des utilisateurs tentant d’accéder à des ressources sur le cloud. Elle constitue la première ligne de défense, mais elle est largement considérée comme le maillon le plus faible de la chaîne de sécurité : en effet, on estime que 81 % des violations effectuées par des hackers s’appuient sur des mots de passe volés ou faibles. Même si l’authentification utilisateur a beaucoup évolué au cours des dernières années, les attaques destinées à compromettre la procédure ont suivi le mouvement.

Le contrôle d’accès — qui consiste à réguler qui peut visualiser, utiliser ou interagir avec les ressources du cloud, que ce soient des données, des applications ou des services — est la deuxième ligne de défense. Un contrôle d’accès efficace garantit que seuls les utilisateurs ou appareils autorisés disposent des permissions indispensables pour accéder et modifier certaines ressources, ce qui minimise les risques de sécurité et évite l’accès non autorisé à ou l’utilisation frauduleuse du cloud.

Dans les environnements cloud d’aujourd’hui, ce sont les serveurs qui assurent le contrôle d’accès et en sont responsables techniquement. Ainsi, une configuration défectueuse, qu’elle soit due à une erreur humaine ou à un bug logiciel, tout comme une cyberattaque sur les serveurs, peut aboutir à des incidents graves. De fait, la NSA (National Security Agency des États-Unis) considère le défaut de configuration comme l’une des vulnérabilités principales d’un environnement cloud.

Le chiffrement côté client permet de stocker des données de façon sûre

Les données peuvent être chiffrées et déchiffrées sur les appareils de l’utilisateur avant d’être transférées sur le cloud. De cette façon, les données sont cryptées pendant les phases de transit et de stockage et donc inaccessibles à toute personne ne possédant pas les clés de décryptage, y compris les fournisseurs de services et les potentiels cyberattaquants. Tant que les clés de décryptage restent sécurisées chez l’utilisateur final, la sécurité et la confidentialité des données peuvent être assurées même en cas de compromission du compte utilisateur sur le cloud ou du serveur cloud lui-même.

Les solutions de chiffrement côté client utilisent soit des clés de chiffrement privées, soit des clés publiques (cryptographie symétrique ou asymétrique). Par exemple, Google Workspace passe par un serveur en ligne pour distribuer les clés destinées au chiffrement et au partage des données entre utilisateurs autorisés. Mais un serveur de distribution de clés de sécurité peut limiter à la fois la performance et la sécurité du processus.

Afin de parer à ce problème, MEGA, un autre service de chiffrement côté client, utilise la cryptographie à clé publique, ce qui permet d’éviter l’étape du serveur de distribution de clés en ligne. Cette stratégie nécessitant cependant une gestion des certificats électroniques sophistiquée, car le nombre de chiffrements par cryptographie asymétrique est proportionnel au nombre potentiel d’utilisateurs à partager un document, elle est difficile à appliquer à grande échelle.

À lire aussi : La chasse au gaspillage dans le cloud et les data centers

Le chiffrement côté client demande des ressources de calcul importantes. Comment dépasser cette limitation ?

Supposons qu’un hôpital veuille confier le stockage des dossiers électroniques de ses patients à un service de cloud et souhaite établir une politique spécifique d’accès aux dossiers. Avant de délocaliser un dossier, l’hôpital pourra spécifier que seuls les cardiologues de l’hôpital universitaire, ou bien les chercheurs de l’institut de sciences de la vie pourront y accéder. Notons que « CT » désigne le dossier médical chiffré et que « AP » = (cardiologue ET hôpital universitaire) OU (Chercheur ET institut de sciences de la vie) représente la politique d’accès. CT et AP sont liés sur le plan cryptographique au moment du transfert vers le cloud pour le stockage de données. À partir de là, seuls les utilisateurs remplissant les conditions de AP peuvent déchiffrer CT afin d’accéder au dossier médical décrypté.

Ce système de chiffrement peut-être mis à l’échelle, car sa politique d’accès ne nécessite pas de lister tous les individus ayant l’autorisation d’accéder aux données, seulement les caractéristiques des utilisateurs potentiels. Ce n’est pas le serveur cloud qui fait respecter le contrôle d’accès (c’est-à-dire le décryptage) aux données chiffrées. Ce contrôle d’accès est mis en œuvre grâce aux algorithmes de chiffrement et de déchiffrement eux-mêmes, qui sont démontrés sûrs en théorie.

Au-delà du stockage sécurisé : exploiter des données chiffrées efficacement

Ce type de décryptage, déjà en usage, demande de grosses ressources de calcul. Pour des appareils aux ressources limitées, ceci est un inconvénient majeur en termes d’efficacité. Pour faire face à ce problème, nous avons proposé un protocole qui réduit la consommation de l’opération de déchiffrement de deux ordres de grandeur pour l’utilisateur final en sous-traitant le plus gros de la charge de travail à un serveur cloud public.

Un autre problème essentiel dans l’utilisation du chiffrement côté client est la « révocation de l’utilisateur » : lorsqu’un utilisateur quitte le système, change de poste ou perd sa clé privée, la clé doit être révoquée afin d’empêcher un accès non autorisé à des données sensibles. Les systèmes actuels recourent principalement à l’horodatage pour retirer aux utilisateurs révoqués la possibilité de déchiffrer de nouveaux contenus. Cependant, l’horodatage nécessite des mises à jour régulières, ce qui peut demander des ressources de calcul importantes pour les plus grands systèmes. Nous avons donc proposé un système de chiffrement basé sur le matériel (hardware) et des attributs révocables, afin de rendre ce processus moins coûteux.

À lire aussi : Le « fog computing » est l’avenir du cloud – en plus frugal et plus efficace

Faire des calculs directement sur des données chiffrées

Idéalement, les serveurs devraient être capables d’accomplir des opérations importantes sur des données chiffrées sans même avoir à les décrypter, ce qui permettrait de préserver la confidentialité à chaque étape.

C’est là qu’intervient ce qu’on appelle le « chiffrement entièrement homomorphe ». Il s’agit d’une technique de chiffrement de pointe qui permet que des opérations mathématiques — en particulier addition et multiplication — soient effectuées sur des données chiffrées directement par un serveur, sans passer par le déchiffrement.

Toutefois, les systèmes de pointe actuels ne sont pas encore utilisables pour les opérations à grande échelle à cause du « bruit » : des données aléatoires sont introduites involontairement par les opérations de chiffrement. Ce bruit menace l’intégrité des résultats des calculs et rend nécessaires des opérations fréquentes de suppression des imprécisions — encore une fois, un processus coûteux en ressources de calcul, en particulier sur les systèmes de données volumineux.

Nous proposons pour ce problème une nouvelle approche de traitement direct de données chiffrées. Elle permet d’effectuer un nombre illimité d’opérations arithmétiques sans recourir au « bootstrapping » (l’opération mathématique permettant de réduire le bruit) et atteint des performances supérieures pour diverses opérations de calcul sécurisé, par exemple la réidentification respectueuse de la vie privée.

Créé en 2007 pour accélérer et pour partager les connaissances scientifiques sur les grands enjeux sociétaux, le Fonds Axa pour la recherche a soutenu près de 700 projets dans le monde entier, menés par des chercheurs originaires de 38 pays. Pour en savoir plus, consultez le site Axa Research Fund ou suivez-nous sur X (@AXAResearchFund).

Robert Deng a reçu des financements de la Singapore National Research Foundation.