28、量子密钥分发：原理、安全与协议类型

量子密钥分发：原理、安全与协议类型

在当今数字化时代，信息安全至关重要。量子密钥分发（QKD）作为一种极具潜力的技术，为安全通信提供了新的解决方案。本文将深入探讨QKD的相关原理、面临的安全挑战以及常见的协议类型。

1. 纠错与筛选密钥

当Alice和Bob成功纠正错误后，他们会得到一个更短但经过纠错的密钥，即“筛选密钥”。这个筛选后的密钥是最终秘密密钥的重要组成部分，因为它确保了Alice和Bob编码和测量的量子比特完全对齐。通过纠错，他们降低了错误和窃听的影响，得到了一个可靠且安全的筛选密钥，适用于BB84协议的最后阶段。

2. 窃听问题

“截获 - 重发”窃听方式揭示了BB84协议可能存在的弱点。当Eve截获Alice发出的光子时，她面临一个选择：是用与Alice相同的基进行测量，还是随机选择另一个基。
- 相同基测量 ：如果她选择相同的基，光子状态保持不变，她可以在不引入任何错误的情况下完全了解Alice的比特信息。
- 错误基测量 ：如果选择错误的基，她的测量结果与Alice的原始比特值不相关，并且会不经意地改变光子的状态。即使Bob后来使用正确的基测量光子，由于Eve的修改，测量结果可能与Alice的预期比特值不匹配，这种不匹配大约会发生一半的时间，严重影响原始密钥的完整性。

为了评估Eve的信息获取程度和对原始密钥的影响，需要考虑两个关键参数：信息增益（IE）和错误率（Q）。平均而言，“截获 - 重发”攻击使Eve能够完全了解原始密钥中一半的比特（IE = 0.5），同时引入了0.25的错误率（Q = 0.25）。