Квантовая криптография - это не способ шифрования данных, а способ безопасного обмена ключами, которые потом используются в классическом симметричном шифровании.

Алгоритм обмена ключами (QKD — Quantum Key Distribution)

Протокол BB84 - классический способ, предложенный в 1984 году Беннеттом и Брассаром. Суть в том, что ключ кодируется поляризованными фотонами, которые Алиса шлёт Бобу. В протоколе используют два базиса - прямой и диагональный:

Название	Обозначение	Поляризация фотона
Прямой (Rectilinear)	+	Горизонтальная → = 0 Вертикальная ↑ = 1
Диагональный (Diagonal)	x	45° ↗ = 0 135° ↙ = 1

Как это работает:

1. Алиса передает Бобу ключ, закодированный фотонами с разной поляризацией.
2. Боб случайно выбирает базис для измерения каждого фотона, не зная, какой выбрала Алиса (измерение фотона в неправильном базисе уничтожает его исходное состояние).
3. Затем они по открытому каналу сверяют базисы и отбрасывают несовпадения - оставшиеся ключи составляют потенциальный ключ.
4. Для проверки наличия подслушивания, они сравнивают часть ключа. Если ошибок много - значит кто-то лез в их связь.

Почему подслушать нельзя незаметно?

Даже если же Ева - взломщик - попытается подслушать, она не сможет перехватить ключ незаметно. Измеряя фотон в неверном базисе, она изменяет его поляризацию, и тогда Боб, даже выбрав правильный базис, получит случайный бит.

Ошибка становится видимой, когда Алиса и Боб сравнивают часть ключа - нарушение статистики мгновенно сообщает присутствие Евы (большой процент ошибок).

Угадать базис каждого фотона невозможно по законам квантовой механики - ошибка встроена в саму природу. Это обеспечивают два фундаментальных принципа:

1. Принцип неопределенности Гейзенберга: измерение фотона в неправильном базисе меняет его состояние, так что Боб получит случайный бит.
2. Теорема о невозможности клонирования: нельзя сделать точную копию неизвестного квантового состояния - Ева не может измерить и переслать фотон, не испортив его.

Алгоритмы, которые ломают классическую криптографию

• Алгоритм Шора (1994) - решает задачу факторизации числа и дискретного логарифма за полиномиальное время на квантовом компьютере. Это прямой удар по RSA, DH и другим системам с открытым ключом.
• Алгоритм Гровера - ускоряет поиск в неструктурированной базе данных ( в том числе перебор ключей) примерно в квадратный корень времени классического перебора, что уменьшает безопасность симметричных алгоритмов, но не уничтожает её полностью.