BB84 – protokół kwantowej dystrybucji klucza wynaleziony przez Charlesa Bennetta i Gilles’a Brassarda w 1984 roku. Jest to pierwszy protokół kryptografii kwantowej. Można udowodnić, że ten protokół jest bezpieczny w oparciu o fundamentalne prawa fizyki (zasadę nieoznaczoności, no-cloning theorem), a nie o ograniczenia techniczne (mocy obliczeniowej), jak w przypadku protokołów klasycznych (np. RSA).
Opis Celem protokołu BB84 jest przekazanie jawnym kanałem ciągu bitów, tak, by był znany tylko nadawcy i odbiorcy. Tradycyjnie nadawcę nazywa się Alicją, a odbiorcę Bobem. Alicja zaczyna od wygenerowania dwóch losowych ciągów bitów i oba długości Następnie, koduje te dwa ciągi jako ciąg kubitów,
gdzie i to -te bity odpowiednio i Indeks oznacza jeden z czterech stanów kubitu: 20x20px
20x20px
20x20px20x20px20x20px
20x20px20x20px20x20px
Fizyczną realizacją kubitów proponowaną przez autorów protokołu są pojedyncze fotony o polaryzacjach liniowych w bazie standardowej oraz w bazie polaryzacji skośnych
Ta procedura koduje kolejne bity ciągu w bazach wyznaczonych przez odpowiadające im bity ciągu
Alicja przesyła Bobowi skonstruowany ciąg kubitów kanałem publicznym. Bob próbuje poznać bity ciągu ale nie wie, w jakich bazach zostały one zakodowane. Generuje on losowy ciąg bitów Następnie mierzy stany kubitów przesłanych przez Alicję w bazach wyznaczonych przez ciąg uzyskując ciąg bitów Jeżeli czyli bazy zostały wybrane zgodnie to i Bob odczytuje prawidłową wartość bitu W przeciwnym przypadku odczytuje lub z równym prawdopodobieństwem.
Po zakończeniu pomiaru przez Boba następuje procedura ujawnienia baz: Alicja i Bob przesyłają kanałem publicznym ciągi i Następnie porównują te ciągi i odrzucają te bity ciągów które zostały zmierzone w innej bazie niż zostały wysłane (średnio odrzucają połowę bitów, a te, które pozostają, są identyczne). Ciąg pozostałych bitów może zostać wykorzystany jako jednorazowy klucz.
Przykład losowy bit Alicji 0 1 1 0 1 0 0 1 losowa baza Alicji 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px polaryzacja fotonu wysłanego przez Alicję 20x20px 20x20px 15x15px 20x20px 15x15px 15x15px 15x15px 20x20px losowa baza pomiaru Boba 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px polaryzacja zmierzona przez Boba 20x20px 15x15px 15x15px 15x15px 20x20px 15x15px 20x20px 20x20px procedura ujawnienia baz uzgodniony tajny klucz 0 1 0 1
Przykład ataku Najprostszym przykładem ataku na protokół kwantowej dystrybucji klucza jest atak intercept/resend. Osoba podsłuchująca, nazywana Ewą, przechwytuje kubity przesyłane przez Alicję, mierzy ich stany i próbuje odesłać takie same kubity Bobowi. Nie może jednak zrobić tego z pełną dokładnością, ze względu na ograniczenia mechaniki kwantowej. Dokonując pomiaru stanu kubitu, jednocześnie go niszczy. Ewa nie jest w stanie stwierdzić, w której bazie Alicja przygotowała kubit i wybiera losową z dwóch baz. Dokonuje w niej pomiaru i odsyła Bobowi kubit w takim samym stanie, jaki zmierzyła. Jeżeli Ewa wybrała taką samą bazę jak Alicja, to trafnie odczytuje bit Alicji i przesyła Bobowi identyczny kubit. Jednakże w przypadku wybrania innej bazy Ewa otrzymała losowy wynik i odsyła niepoprawny kubit Bobowi.
losowy bit Alicji 0 1 1 0 1 0 0 1 losowa baza Alicji 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px polaryzacja fotonu wysłanego przez Alicję 20x20px 20x20px 15x15px 20x20px 15x15px 15x15px 15x15px 20x20px losowa baza pomiaru Ewy 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px polaryzacja zmierzona przez Ewę i odesłana Bobowi 20x20px 20x20px 20x20px 15x15px 20x20px 20x20px 15x15px 15x15px losowa baza pomiaru Boba 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px 15x15px polaryzacja zmierzona przez Boba 20x20px 15x15px 15x15px 15x15px 20x20px 15x15px 20x20px 20x20px tajny klucz Boba 0 1 1 1 zgodność kluczy Alicji i Boba tajny klucz Ewy 0 1 0 0
Ewa nie tylko nie poznała całego klucza, ale też wprowadziła błędy w kluczu Boba. Teraz Alicja i Bob, porównując jawnie część bitów swoich kluczy, mogą wykryć podsłuch i oszacować liczbę bitów klucza uzyskanych przez Ewę. Jeżeli zgodność pomiędzy kluczami Alicji i Boba jest dostatecznie wysoka, a informacja, którą posiada Ewa dostatecznie mała, Alicja i Bob mogą poprzez klasyczne procedury wzmocnienia prywatności i uzgadniania informacji uzyskać klucze o dowolnie małym błędzie i dowolnie niskiej zgodności z kluczem Ewy. Poprawa jakości klucza następuje kosztem zmniejszenia liczby bitów.
Przypisy
Bibliografia
Linki zewnętrzne
Kategoria:Informatyka kwantowa Kategoria:Protokoły kryptograficzne