BB84

BB84 es un esquema de distribución de claves cuánticas desarrollado por Charles Bennett y Gilles Brassard en 1984. Es el primer protocolo de criptografía cuántica. El protocolo es demostrablemente seguro suponiendo una implementación perfecta, dependiendo de dos condiciones: (1) la propiedad cuántica de que la obtención de información solo es posible a expensas de perturbar la señal si los dos estados que uno está tratando de distinguir no son ortogonales (ver el teorema de no clonación); y (2) la existencia de un canal clásico público autenticado. Generalmente se explica como un método de comunicación segura de una clave privada de una parte a otra para su uso en el cifrado de un solo uso. La prueba de BB84 depende de una implementación perfecta. Existen ataques de canal lateral, que aprovechan fuentes de información no cuánticas. Dado que esta información no es cuántica, se puede interceptar sin medir ni clonar partículas cuánticas.

El sistema QKD BB84 transmite fotones individuales a través de un cable de fibra óptica, donde cada fotón representa un bit de datos (cero o uno). Los filtros polarizadores del lado del transmisor establecen la orientación de cada fotón, mientras que el receptor utiliza divisores de haz para leerlo. Luego, el transmisor y el receptor comparan las orientaciones de sus fotones y el conjunto coincidente se convierte en la clave criptográfica.

En el esquema BB84, Alice desea enviar una llave privada a Bob. Empieza con dos cuerdas de bits, ${\displaystyle a}$ y ${\displaystyle b}$, cada uno ${\displaystyle n}$ Hace mucho tiempo. Ella entonces codifica estas dos cuerdas como un producto tensor de ${\displaystyle n}$ qubits:

${\displaystyle tención\psi \rangle =\bigotimes ¿Qué? ¿Qué?$

Donde ${\displaystyle A_{i}$ y ${\displaystyle B_{i}$ son ${\displaystyle i}$- los pedazos de ${\displaystyle a}$ y ${\displaystyle b}$ respectivamente. Juntos, ${\displaystyle A_{i}b_{i}$ danos un índice en los siguientes estados de cuatro cuartos:

${\displaystyle ← _{00}\rangle = WordPress0\rangle}$

${\displaystyle ← _{10}\rangle = WordPress1\rangle}$

${\displaystyle Н\psi _{01}\rangle = resist+\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}Principal0\rangle +{\frac {1}{\sqrt {2}tuvo1\rangle}$

${\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\nMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif}}} {\\fnMicrom.}}}} {\fnMicrosssstrinMicrom.}}}}}} {\fnMicrom.$

Tenga en cuenta que el bit ${\displaystyle B_{i}$ es lo que decide qué base ${\displaystyle A_{i}$ está codificado en (ya sea en la base computacional o en la base Hadamard). Los codos están ahora en estados que no son mutuamente ortogonales, y por lo tanto es imposible distinguirlos con certeza sin saber ${\displaystyle b}$.

Alice envía ${\displaystyle Н\psi \rangle }$ sobre un canal cuántico público y autenticado ${\displaystyle {\fnMithcal}}$ a Bob. Bob recibe un estado ${\displaystyle {\mathcal {E}(\rho)={\mathcal {E}(Prince\psi \rangle \langle \psi tención)}$, donde ${\displaystyle {\fnMithcal}}$ representa tanto los efectos del ruido en el canal como el escuchar por un tercero llamaremos a Eva. Después de que Bob reciba la cadena de codos, tanto Bob como Eva tienen sus propios estados. Sin embargo, ya que sólo Alice sabe ${\displaystyle b}$, hace virtualmente imposible para Bob o Eva distinguir los estados de los codos. Además, después de que Bob haya recibido los codos, sabemos que Eva no puede estar en posesión de una copia de los codos enviados a Bob, por el teorema sin cierre, a menos que haya hecho mediciones. Sus mediciones, sin embargo, corren el riesgo de perturbar un qubit particular con probabilidad ⁠1/2⁠ si adivina la base equivocada.

Bob procede a generar una cadena de bits aleatorios ${\displaystyle b'}$ de la misma longitud ${\displaystyle b}$ y luego mide los codos que ha recibido de Alice, obteniendo un poco de cuerda ${\displaystyle a'}$. En este momento, Bob anuncia públicamente que ha recibido la transmisión de Alice. Alice entonces sabe que ahora puede anunciar con seguridad ${\displaystyle b}$Es decir, las bases en las que se prepararon los codos. Bob se comunica sobre un canal público con Alice para determinar qué ${\displaystyle B_{i}$ y ${\displaystyle B'_{i}$ no son iguales. Alice y Bob ahora descartan los bits. ${\displaystyle a}$ y ${\displaystyle a'}$ Donde ${\displaystyle b}$ y ${\displaystyle b'}$ no coincidan.

Del resto ${\displaystyle k}$ bits donde Alice y Bob midieron en la misma base, Alice elige al azar ${\displaystyle k/2}$ bits y revela sus opciones sobre el canal público. Tanto Alice como Bob anuncian estos bits públicamente y hacen un cheque para ver si más de un cierto número de ellos están de acuerdo. Si este cheque pasa, Alice y Bob proceden a utilizar técnicas de reconciliación de información y amplificación de privacidad para crear un cierto número de claves secretas compartidas. De lo contrario, cancelan y comienzan de nuevo.

• SARG04
• E91 – protocolo de comunicación criptográfica cuántica