BB84:窃听必留痕
QKD 的安全性来自物理定律,不是计算难度
两个人想共享一串只有他们知道的密钥。传统办法靠数学难题,量子办法靠一条更硬的规则:在理想单光子、无侧信道的模型里,偷看必然扰动量子态,在筛后密钥里留下误码;设备漏洞(探测器致盲、效率失配)是另一类风险,需要单独防护。
两种基,四种态
Alice 每一位随机选一个比特(0 或 1)和一个基(+ 或 ×),编码成四种偏振态之一。Bob 收到后也随机选基测量:基相同,结果必然等于 Alice 的比特;基不同,结果与比特无关。两人公开比对用了哪个基——只说基,不说比特——保留相同基的位。这一步叫筛后,大约剩一半。
Eve 若截获、测量、重发,她不知道 Alice 的基,只能猜。猜错的概率是一半;猜错之后,她发出的态与 Alice 的原态不同,Bob 即使基选对了,结果也有一半概率是错的。对筛后保留的位,误码率就是:
Alice 与 Bob 抽一部分密钥公开比对。误码率明显高于约 11%,整批丢弃——这个阈值来自安全性证明里的容错上界,不是拍脑袋的经验值。
先关着 Eve 跑几批,误码率应为 0;再打开 Eve 多跑几批,累计误码率会升到 25% 上下,越过 11% 的判决线,判决行变红。单批只有 8 轮、筛后约 4 位,样本太少时判决行会停在「先别下结论」——这正是真实 QKD 要累计足够多位才敢判断的原因。
QKD 与 PQC 是两件事
量子密钥分发常被说成「用量子计算机保护通信」,这是两回事。它不靠计算难度,靠的是测量会扰动状态、未知量子态不可克隆。对手就算有无限算力,偷看也会留下误码。
后量子密码走的是另一条路:仍然是经典算法,只是把难题换成量子计算机也不擅长的,比如格上的问题。NIST 已经发布相关标准。一个管分发密钥,一个管公钥算法,经常被媒体混成一句话。
现实限制也要说清:光纤损耗让距离上不去,量子中继还不成熟;长链路要靠可信节点中继,而可信节点本身是一个信任假设;设备还可能被侧信道攻击。QKD 不是「无条件安全」的魔法。
BB84 的安全性来自物理定律,不是计算难度。筛后、误码率、阈值、保密性放大,每一步都能在演示里看到。它也不是万能药:距离、可信节点与设备漏洞,都是工程上要单独解决的问题。