Wie funktioniert QKD?

Quantenschlüsselverteilung (QKD) ist ein Verfahren, das es zwei Parteien ermöglicht, einen geheimen Schlüssel zu erzeugen und zu teilen, wobei die Sicherheit auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Hier sind die grundlegenden Schritte, wie QKD funktioniert:

1. **Quantenbits (Qubits)**: QKD verwendet Qubits, die in verschiedenen Zuständen existieren können. Diese Zustände können durch Photonen dargestellt werden, die in unterschiedlichen Polarisationen oder Phasen kodiert sind.

2. **Übertragung**: Eine Partei (Sender, oft Alice genannt) sendet Qubits an die andere Partei (Empfänger, oft Bob genannt). Die Qubits werden in zufälligen Zuständen ausgesendet.

3. **Messung**: Bob misst die empfangenen Qubits. Dabei wählt er zufällig eine Basis zur Messung aus. Es gibt zwei gängige Basen: die Z-Basis (vertikal/horizontal) und die X-Basis (diagonal).

4. **Basisvergleich**: Nach der Übertragung vergleichen Alice und Bob, welche Basis sie für die jeweiligen Qubits verwendet haben. Sie behalten nur die Qubits, bei denen sie die gleiche Basis verwendet haben.

5. **Schlüsselgenerierung**: Die verbleibenden Qubits werden verwendet, um einen gemeinsamen geheimen Schlüssel zu erstellen. Dieser Schlüssel kann dann für die Verschlüsselung von Nachrichten verwendet werden.

6. **Sicherheitsüberprüfung**: Um sicherzustellen, dass der Schlüssel nicht von einem Dritten (z.B. einem Abhörer, oft Eve genannt) abgefangen wurde, führen Alice und Bob eine Sicherheitsüberprüfung durch. Sie vergleichen einen Teil ihrer Qubits, um festzustellen, ob es Anzeichen für eine Abhörung gibt. Wenn eine signifikante Abweichung festgestellt wird, wird der Schlüssel verworfen.

Die Sicherheit von QKD beruht auf den Gesetzen der Quantenmechanik, insbesondere auf dem Prinzip, dass das Messen eines Quantenstaates diesen verändert. Dadurch kann ein Abhörer nicht unbemerkt Informationen abfangen, ohne dass dies von den legitimen Parteien bemerkt wird.