BB84 协议 (BB84 Protocol)
概述
BB84 协议由 Charles Bennett 与 Gilles Brassard 在 1984 年提出，是第一个量子密钥分发（QKD）协议。它利用非正交量子态不可被无扰动区分的事实，使通信双方能够发现潜在窃听。
可信度说明
- 可信度: ★★★★★（BB84 原始论文与 Shor-Preskill 安全性证明）
- 验证状态: 已验证
- 来源: [1][2]
基本流程
BB84 通常用两组互补基编码比特，例如水平/垂直偏振与对角偏振。Alice 随机选择比特和基发送光子，Bob 随机选择测量基。公开比较基选择后，双方保留基一致的结果，再通过误码率估计、纠错和隐私放大生成密钥。
安全性来源
安全性不是来自算法复杂度，而来自量子测量规则：未知非正交态不能被完美复制或无扰动测量。窃听者若测量光子，通常会引入可检测误码。
工程关键问题
现实系统面对的是光源缺陷、探测器效率、信道损耗和设备侧信道。因此工程 QKD 需要诱骗态、严格校准、有限密钥分析和安全实现标准。设备无关 QKD则试图进一步减少对设备模型的信任。
中国进展
中国在光纤 QKD 网络和星地 QKD 方面具有代表性进展，墨子号卫星展示了远距离量子密钥分发与星地量子通信的可行性。
流传误区
- ❌ “BB84 传输的是加密后的消息” → ✅ 它分发密钥，真正消息仍需经典加密算法传输。
- ❌ “QKD 自动保证全部通信系统安全” → ✅ 端点安全、认证、实现漏洞和密钥管理仍然重要。
- ❌ “量子密码就是后量子密码” → ✅ QKD 是物理密钥分发；后量子密码是抗量子经典算法。
相关条目
- quantum-cryptography — 量子密码学
- quantum-communication — 量子通信
- e91-protocol — E91 协议
- device-independent-qkd — 设备无关 QKD
- micius-satellite — 墨子号卫星
参考文献
- C. H. Bennett and G. Brassard, "Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing", Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, 1984.（A级原始论文）
- P. W. Shor and J. Preskill, "Simple Proof of Security of the BB84 Quantum Key Distribution Protocol", Physical Review Letters 85, 441-444 (2000). DOI（A级论文）