BB84 协议.

BB84 由 Charles Bennett 和 Gilles Brassard 于 1984 年提出，是量子密钥分发（QKD）的经典协议。Alice 发送单个光子，其偏振处于取自两组非正交基的四种状态之一——直线基（0°/90°）和对角基（45°/135°）——每种状态编码一个随机比特。Bob 用随机选择的基来测量每个光子；随后他们通过一条公开且经过认证的信道公布各自所用的基，只保留双方基一致的那些轮次（筛选，sifting）。其安全性建立在不可克隆定理之上：任何用错误的基测量未知光子的窃听者（"Eve"）都会扰动该光子，从而引入误差。

检测窃听者

Alice 和 Bob 牺牲筛选后比特中的一个随机子集，以估计量子比特误码率（QBER）。对于 BB84，一旦 QBER 超过约 11%，便无法提炼出任何密钥，交换随即中止。低于该阈值时，纠错加上隐私放大会将原始密钥压缩为一个更短、在信息论意义上安全的密钥。

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]

现实世界的部署

实际系统使用微弱的激光脉冲而非真正的单光子，这使它们暴露于光子数分离（photon-number-splitting）攻击之下；诱骗态（decoy-state）方法（2003–2005）恢复了安全性。中国的墨子号卫星于 2017 年演示了跨越 1,200 公里、速率约 1 kbit/s 的星地诱骗态 BB84。与 CRYSTALS-Kyber 等格密码方案不同，BB84 需要专用的光学硬件，因此在应对"先收割，后解密"（harvest now, decrypt later）威胁时，它是对后量子密码学的补充而非替代。