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Quantenkryptographie einfach erklärt: Das BB84 Protokoll

Im dritten Beitrag meiner Reihe "Quantencomputing und Quantenkryptographie einfach erklärt" werde ich ein Hauptthema der Quantenkryptographie näher erläutern: Quantenschlüsselaustauschprotokolle, im Detail das Protokoll BB84. Klingt kompliziert, aber keine Angst - bevor wir uns das Protokoll näher anschauen, werden wir uns vorab erst einmal mit dem Sinn und Zweck von solchen Protokollen im Allgemeinen beschäftigen und dies völlig unabhängig von der Quantenkryptographie. Hierbei werden wir recht schnell erkennen, dass Schlüsselaustauschprotokolle alltäglich im Einsatz sind - auch in den Moment, in dem Du diese Webseite geöffnet hast.

Vorab der übliche Disclaimer: Ich bin weder Mathematiker, noch Physiker. Aus diesem Grund werde ich sicherlich nicht alle Punkte mit mathematisch/ physischer Präzision korrekt formuliert darlegen können. Insofern du Verbesserungsvorschläge für die Beiträge hast, so freue ich mich selbstverständlich über einen Kommentar oder Feedback.

Dieser Artikel ist Teil einer Serie:

- Teil 1: Was ist Spin?
- Teil 2: Die Grundlagen der Quanten-Mathematik
- Teil 3: Das Quantenschlüsselaustauschprotokoll BB84

Kapitel 1: Grundlagen Verschlüsselung

Beginnen werde ich dieses Mal mit einer Problembeschreibung, die völlig unabhängig von der Quantenkryptographie ist: Wie können zwei oder mehr Personen sicher miteinander kommunizieren? In meinen Kursen habe ich zur Darstellung des Problems sehr gerne das folgende Szenario genommen: Wir stellen uns für einen Moment vor, dass wir uns mitten auf einer belebten Kreuzung befinden, beispielsweise hier:

Alice und Bob auf einer Kreuzung

Alice und Bob auf einer Kreuzung [1]

Die Aufgabenstellung: Wie können die beiden rot markierten Person eine Nachricht austauschen, ohne dass diese sich näher kommen dürfen? Natürlich sind wir in einer modernen Welt, Smartphones existieren bereits. Aber wie stellt beispielsweise ein Smartphone sicher, dass eine Nachricht unverändert und vertraulich beim Empfänger ankommt?
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