量子密钥分配

量子密钥分配（QKD）是一种安全的通信方法，它实现了一个涉及量子力学成分的加密协议。它使双方能够产生一个只有他们知道的共享随机秘钥，然后可以用来加密和解密信息。它经常被错误地称为量子密码学，因为它是量子密码学任务的最著名的例子。

量子密钥分配的一个重要和独特的属性是，两个通信用户能够检测到任何试图获得密钥知识的第三方的存在。这源于量子力学的一个基本方面：一般来说，测量量子系统的过程会干扰系统。试图窃听钥匙的第三方必须以某种方式测量它，从而引入可检测的异常。

通过使用量子叠加或量子纠缠并在量子状态下传输信息，可以实现一个检测到窃听的通信系统。如果窃听水平低于某个阈值，就可以产生一个保证安全的密钥（即窃听者没有相关信息），否则不可能有安全的密钥，通信就会中止。

使用量子密钥分配的加密的安全性依赖于量子力学的基础，与传统的公钥密码学相反，它依赖于某些数学函数的计算难度，并且不能提供任何数学证明，以证明逆转所使用的单向函数的实际复杂性。QKD具有基于信息理论的可证明的安全性，以及前向保密性。

量子密钥分配的主要缺点是，它通常依赖于有一个认证的经典通信渠道。

在现代密码学中，拥有一个认证的经典通道意味着人们已经交换了足够长度的对称密钥或足够安全级别的公共密钥。

有了这样的信息，在实践中，人们可以不使用QKD而实现认证的和足够安全的通信，例如使用高级加密标准的伽罗瓦/计数器模式。因此，QKD以数倍的成本完成了流密码的工作。

量子密钥分配只用于产生和分配一个密钥，而不是传输任何信息数据。然后，这个密钥可以与任何选择的加密算法一起使用，以加密（和解密）一个消息，然后可以通过标准的通信渠道传输。

最常见的与QKD相关的算法是一次性垫，因为当它与一个秘密的随机密钥一起使用时，是可以证明安全的。在现实世界中，它也经常被用于使用对称密钥算法的加密，如高级加密标准算法。

量子通信涉及用量子态或量子比特编码信息，与经典通信使用的比特相反。通常情况下，光子被用于这些量子状态。量子密钥分发利用这些量子态的某些特性来确保其安全性。有几种不同的量子密钥分配方法，但根据它们利用的属性，可以分为两大类。

与经典物理学不同，测量行为是量子力学的一个组成部分。一般来说，测量一个未知的量子状态会以某种方式改变该状态。这是量子不确定性的结果，可以利用它来检测任何对通信的窃听（这必然涉及测量），更重要的是，计算被截获的信息量。

基于纠缠的协议两个（或更多）独立物体的量子态可以联系在一起，以至于它们必须由一个组合的量子态来描述，而不是作为单个物体。这被称为纠缠，意味着，例如，对一个物体进行测量会影响另一个物体。

如果一对纠缠的物体在两方之间共享，任何拦截任何一个物体的人都会改变整个系统，显示出第三方的存在（以及他们获得的信息量）。

这两种方法可以分别进一步划分为三个协议系列：离散变量、连续变量和分布式相位参考编码。

离散变量协议是最早被发明的，而且它们仍然是最广泛实施的。

其他两个系列主要是为了克服实验的实际限制。

下面介绍的两个协议都使用离散变量编码。BB84协议。CharlesH.Bennett和GillesBrassard(1984)该协议以其发明者和发表年份命名为BB84，最初描述的是使用光子偏振态来传输信息。