量子密钥分发
BB84 协议利用量子态不可克隆原理分发密钥,任何窃听都会引入可检测的扰动,已在现实中实现千公里级实验。
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01定义
量子密钥分发(QKD)用单光子偏振态传递密钥:任何窃听测量都会扰动量子态(不可克隆原理),被通信双方以误码率检测发现。BB84 协议提供原理性(物理定律保证的)安全——不依赖任何计算困难假设。
02核心要点
01
不可克隆原理
未知量子态无法被完美复制:Eve 不能「复制后转发」,只能测量——测量非本征态以概率扰动,QBER 超过阈值即放弃本次密钥。
02
后处理流水线
基比对 → 参数估计(QBER)→ 纠错(调和)→ 隐私放大(压缩 Eve 可能的信息):经典密码学为量子协议收尾,最终密钥对 Eve 信息论安全。
03
现实的距离
光纤传输百公里级,「墨子号」卫星实现千公里级纠缠分发;设备不完美(探测器致盲攻击)催生测量设备无关(MDI-QKD)协议——实现安全性是工程前线。
03关键公式
04历史沿革
Bennett 与 Brassard 1984 年提出 BB84(Wiesner 1970 年代量子货币思想为先驱);Ekert 1991 年给出纠缠版本 E91;中国 2017 年「墨子号」实现洲际 QKD 实验。
05应用与延伸
政府与金融专线加密、卫星密钥网络、量子互联网节点互联、数据中心间的高安全链路。
06交互演示
BB84:基矢对上了才保留比特拖 n 换比特数:双方随机选基矢,公开比对后筛出安全密钥