Первый в мире протокол, позволяющий создать абсолютно случайный ключ, защищённый законами квантовой физики
Представьте, что вы — Алиса и хотите отправить секретное сообщение Бобу. У вас есть злоумышленник — Ева, — которая пытается подслушать ваш разговор.
В классической криптографии Ева может просто копировать все ваши сообщения и анализировать их позже. Но что если бы существовал способ создать ключ так, что любая попытка подслушивания немедленно обнаруживалась?
Именно это и делает BB84. Это не просто математическая защита — это защита на уровне законов физики. Если Ева попытается измерить квантовые частицы, она неизбежно внесёт помехи, которые будут заметны.
BB84 использует фундаментальное свойство квантовой механики: невозможно измерить квантовую систему, не изменив её. Давайте разберём по шагам:
Алиса готовит фотоны (частицы света) в разных квантовых состояниях. Каждому биту (0 или 1) она случайно выбирает один из двух базисов (например, «+» или «×»). Это как выбор «языка» для кодирования.
Боб получает фотоны и тоже случайно выбирает базисы для измерений. Если он угадал базис Алисы — измерение даст правильный бит. Если нет — результат будет случайным.
Алиса и Боб открыто (по незащищённому каналу!) сравнивают, какие базисы они использовали. Те биты, где базисы совпали, становятся кандидатами в ключ. Где не совпали — отбрасываются.
Алиса и Боб сравнивают небольшую часть ключа. Если Ева подслушивала, она неизбежно внесла ошибки в измерения. Статистика покажет уровень ошибок выше естественного шума.
Что вы сделаете в симуляции?
В игре вы не просто читаете о BB84 — вы проживаете его со всех ролей. Вы увидите, как случайность в выборе базисов превращается в абсолютную безопасность, и поймёте, почему квантовая криптография — это не магия, а физика.
Протокол BB84 был предложен Чарльзом Беннетом и Жилем Брассаром в 1984 году (отсюда и название). Это был первый практически реализуемый протокол квантового распределения ключей, который открыл новую эру в криптографии.
В идеальном протоколе BB84, если Ева подслушивает каждый фотон и пересылает дальше, она угадывает базис с вероятностью 50%. Когда она угадывает правильно — не оставляет следов. Когда ошибается — создаёт ошибку с вероятностью 50%. Итого: 50% (шанс выбрать неверный базис) × 50% (шанс создать ошибку) = 25% ошибок в ключе.
В нашей симуляции для наглядности Ева атакует 30% фотонов, при этом сессия не разрывается. Это упрощение позволяет лучше наблюдать эффект перехвата.
Если вы хотите погрузиться глубже в теорию, вот ключевые темы для изучения:
Поляризация фотонов, диагональная и круговая поляризация, представление состояний на сфере Блоха
Почему нельзя создать точную копию неизвестного квантового состояния и как это защищает протокол
Как удалять ошибки из квантового ключа при сохранении его секретности
Атаки по сторонним каналам, атаки на детекторы, ослепляющие атаки и защита от них
Спутниковые квантовые сети, волоконно-оптические системы, коммерческие решения QKD
Выравнивание, усиление секретности, аутентификация классического канала
Сегодня BB84 и его модификации используются в:
Теперь, когда вы понимаете основы, самое время попробовать на практике и увидеть протокол в действии!
В игре вы сможете применить все полученные знания и увидеть BB84 в интерактивной симуляции