Протокол BB84.

BB84, представленный Чарльзом Беннеттом и Жилем Брассаром в 1984 году, — это канонический протокол квантового распределения ключей (QKD). Алиса передаёт одиночные фотоны, поляризованные в одном из четырёх состояний, взятых из двух неортогональных базисов — прямолинейного (0°/90°) и диагонального (45°/135°), — каждое из которых кодирует случайный бит. Боб измеряет каждый фотон в случайно выбранном базисе; затем по публичному аутентифицированному каналу они объявляют свои базисы и оставляют только те раунды, где базисы совпали (просеивание, sifting). Безопасность опирается на теорему о запрете клонирования: любой перехватчик («Ева»), измеряющий неизвестный фотон в неверном базисе, возмущает его, внося ошибки.

Обнаружение перехватчика

Алиса и Боб жертвуют случайным подмножеством просеянных битов, чтобы оценить квантовый коэффициент ошибок по битам (QBER). Для BB84, как только QBER превышает примерно 11%, секретный ключ невозможно выделить и обмен прерывается. Ниже этого порога исправление ошибок вместе с усилением конфиденциальности (privacy amplification) сжимают исходный ключ в более короткий, информационно-теоретически безопасный ключ.

flowchart TD
  A[Alice: random bit + random basis] -->|polarized photon| B[Quantum channel]
  E[Eve intercepts?] -.measures & resends.-> B
  B --> C[Bob: measures in random basis]
  C --> D[Public channel: compare bases, sift]
  D --> F[Estimate QBER on sample]
  F -->|QBER > ~11%| G[Abort: eavesdropper likely]
  F -->|QBER low| H[Error correction + privacy amplification]
  H --> I[Shared secret key]

Развёртывание в реальном мире

Практические системы используют слабые лазерные импульсы вместо истинных одиночных фотонов, что делает их уязвимыми к атакам разделения по числу фотонов (photon-number-splitting); метод приманочных состояний (decoy-state, 2003–2005) восстанавливает безопасность. Китайский спутник Micius продемонстрировал decoy-state BB84 между спутником и землёй на расстоянии 1200 км в 2017 году со скоростью ~1 кбит/с. В отличие от решёточных схем, таких как CRYSTALS-Kyber, BB84 требует специализированного оптического оборудования, поэтому он дополняет, а не заменяет постквантовую криптографию в противодействии угрозам «собери сейчас, расшифруй позже» (harvest now, decrypt later).