世界上第一个能生成完全随机、受量子物理定律保护的密钥的协议
想象你是爱丽丝，想给鲍勃发一条秘密消息。有一个窃听者——伊芙——正试图偷听你们的对话。
在经典密码学中，伊芙可以悄无声息地复制你的所有消息。但如果有一种方法，能让任何窃听企图都立即被发现，会怎么样？
这正是 BB84 所做的。它的安全性由物理定律保证。伊芙的窃听不只是有被抓住的风险——它必然会留下痕迹。为什么？要截获量子信号，伊芙必须测量它，而在量子世界里，测量总会改变粒子的状态。这些改变会表现为错误，爱丽丝和鲍勃很容易发现。
BB84 依靠量子力学的一个基本性质：你无法偷偷“看一眼”一个量子粒子。我们一步一步来看：
爱丽丝制备光子（光的粒子），在每个光子中编码一个比特（0 或 1）。对每个比特，她从两种编码方式中随机选择一种——即“基”（可以想象成“+”或“×”）。这就像选择用哪种字母表来写同一个字母。
鲍勃收到光子。对每个光子，他也随机选择一个基来测量。
如果他的基与爱丽丝的一致——他一定会得到正确的比特（0 或 1）。
如果基不一致——测量结果是随机的（0 或 1 各占 50%），即使光子本身完美无缺。
爱丽丝和鲍勃公开地（通过普通的、不受保护的信道！）公布每个光子用的是哪个基——但不公布比特本身。
用一致的基发送和测量的比特被保留下来，它们成为秘密密钥的基础。
基不一致的比特被丢弃。
现在爱丽丝和鲍勃有了一个由一致比特组成的初步密钥。为了检查它是否干净，他们公开比较这些比特中的一小部分随机样本。
如果没有伊芙：爱丽丝和鲍勃的检验比特几乎全部一致。百分之几的不一致来自设备的自然噪声（游戏中约为 2%）。
如果伊芙窃听过：要截获光子，她就必须测量它。和鲍勃一样，她只能盲猜基。有一半的时候她猜错了，不可逆地改变了光子的状态，把一个被破坏的光子发给了鲍勃。如果伊芙截获每一个光子，大约 25% 的检验比特会不一致；如果她只截获一部分，错误会相应地减少。
检验比特已经公开，因此不再进入密钥。剩下的比特要经过纠错：爱丽丝和鲍勃比较小块比特的奇偶性，在不公开比特本身的情况下修正少量的不一致。
然后是隐私放大：把密钥压缩，例如用一组比特的异或来代替这组比特。如果伊芙知道其中一些比特，压缩之后她的知识就变成了随机噪声。
在模拟中，你实际上会做什么？
在游戏中，你不只是阅读关于 BB84 的内容——而是从每一个角色亲身经历它。你会看到选择测量基时的随机性如何变成一个窃听无法隐藏的密钥，并理解为什么量子密码学不是魔法，而是物理。
BB84 协议由查尔斯·贝内特和吉勒·布拉萨德于 1984 年提出（名字由此而来）。它是第一个可以实际实现的量子密钥分发协议，开启了密码学的新纪元。
在理想的 BB84 协议中，如果伊芙截获每一个光子再转发出去，她猜中基的概率是 50%。猜对时，她不会留下痕迹；猜错时，她有 50% 的概率引入一个错误。合计：50%（选错基的概率）× 50%（因此产生错误的概率）= 密钥中 25% 的错误。
在游戏中，你可以选择伊芙的行为。如果她截获每一个光子，QBER 约为 25% 再加上噪声——伊芙一目了然。在随机模式下，她有 30% 的时候不在，其余时候截获 5% 到 35% 的光子：QBER 大约增加截获比例的四分之一，而一个弱小的伊芙可能很难与噪声区分开——就像现实中一样。
如果你想更深入地了解理论，这里有一些值得学习的关键主题：
光子偏振，对角偏振和圆偏振，在布洛赫球上表示量子态
为什么无法精确复制一个未知的量子态，以及这如何保护协议
爱丽丝和鲍勃如何在尽量少泄露信息的情况下找出并修正密钥中的不一致（Cascade、LDPC 协议）
侧信道攻击、探测器攻击、致盲攻击，以及如何防御
卫星量子网络、光纤系统、商用 QKD 解决方案
信息协调、隐私放大、经典信道的认证
如今，BB84 及其变体在以下领域有潜在应用：
现在你已经了解了基础知识，正是动手实践、看看协议如何运作的好时机！
在游戏中，你可以把学到的一切付诸实践，在交互式模拟中观看 BB84 的整个过程