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DAY 29
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Security

資安隨意分享的30天系列 第 29

Day29 - 簡述量子密碼 bb84

前言

因為金盾有考這題,雖然知道怎麼做,但原理還是有些模糊

所以來簡單看一下

正文

海森保測不準原理

證明:
一個微觀粒子的某些物理量不可能同時有確定的數值,其中一個數值越確定,代表另一個量的不確定程度越大
ex:

  • 位置和動量
  • 時間和能量

量子不可複製原理

  • 是測不準原理的推論
  • 其說明在不知道量子狀況下,複製單個量子是不可能的
  • 如果量子狀況已知,是可以重複複製他,困難點在於,我們無法僅通過單次測量就得知量子狀況,因為一旦進行測量,量子狀況就會改變了,測到的結果僅是組成這量子狀況的各種可能之一而已

BB84 是基於上面這兩個特性,可以延伸出 BB84 這個加密方式,想法源自於 One-Time-Pad

OTP 被稱為是全世界最安全的密碼,但如何交換彼此的密碼本是一個問題,而 BB84 則提供解決的方式


BB84

  • 1984 年提出
  • 算是第一個能執行量子金鑰交換的協定
  • 量子通訊傳送的是 key 而不是訊息
  • 利用量子力學中的光子的偏振 (polarization)

需要兩個通道

  1. 量子通道
  2. 經典通道 (classical bit channel)

雙方交換金鑰前,需要先共享兩個photom polorization bases (D 和 R)

  1. D 用 X 表示
  2. R 用 + 表示
    這是其編碼方式,其中:
  • \ 代表 0
  • / 代表 1

改用表格看一下:

金鑰協商過程

  1. Alice 先選出一個 0&1 bit 串的 S (S 長的如: 01100010010)
  2. Alice 逐個隨機選取 D 或 R,之後通過量子通道發送 S 裡面的 0, 1 對應生成的 qbit
  3. Bob 通過量子通道收到 Alice 發來的訊息,隨機用 D 或 R 來一位一位測量,逐個得到 0 & 1

之後步驟都是在經典通道上運行,如果沒別的保護的話,攻擊者完全可以竊聽和修改通訊

  1. Bob 用經典通道向 Alice 發送自己測量的步驟,也就是自己每個 qbit 是用 D 或 R 去測量
  2. Alice 對比自己的選擇,告訴 Bob 哪些位置上選擇的是正確的
  3. Bob 從 Alice 那邊獲知自己那些是正確的後,選一些正確的位置的值給 Alice
    (這邊假設 S 串裡面,雙方相同的串為 PK)
  4. Alice 收到後做確認,錯誤就重來或終止,正確的話,Alice 會回復 Bob 並且把Bob 剛剛選的那些公開的正確位置從PK中剔除掉,其餘當作通訊用金鑰

其實整句話講起來就是,Alice 選定好方向,Bob 選擇測量的方向,只有雙方選的方向剛好一樣,

Bob 才可以得到正確的結果


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