Quantum Key Distribution (QKD) ist die Erstellung und Implementierung eines Quantenverschlüsselungsschlüssels, der übertragene Daten durch die Quantenphysik schützt. Charles Bennett und Gilles Brassard erfanden 1984 das erste Quantenschlüsselverteilungsprotokoll. Dieses Protokoll ist als BB84 bekannt und setzte den Standard für die Erstellung von Quantenverschlüsselungsschlüsseln. Die Prinzipien der Quantenphysik ermöglichen es zwei Parteien, einen sicheren Kanal zu schaffen.
Um eine Quantenschlüsselverteilung zu erreichen, müssen zwei Parteien (Alice und Bob) zuerst einen authentifizierten Kanal einrichten, über den sie den Schlüssel erstellen. Vor dem Generieren des Schlüssels müssen Alice und Bob interagieren und ihre Identität authentifizieren. Die Quantenschlüsselverteilung verwendet subatomare Lichtteilchen - Photonen -, um einen geheimen Verschlüsselungsschlüssel zu erstellen. Dann werden Photonen über ein Kabel gesendet und durch einen Strahlteiler zufällig geteilt. Die restlichen Photonen bestimmen den Schlüssel, der nur noch Alice und Bob bekannt ist.
Bei einem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch oder einem Vier-Wege-Handshake-Prozess können Angreifer den Austausch ausspionieren oder sogar ihre eigenen Werte einwerfen, indem sie den Platz des legitimen Absenders (Alice) einnehmen und die empfangende Partei (Bob) dazu verleiten, dies zu glauben interagieren immer noch mit Alice. Das Einrichten eines Kanals mithilfe der Quantenmechanik und eines Quantenschlüssels bedeutet jedoch, dass jeder Lauscher bemerkt wird. Wenn ein Angreifer versucht, den Austausch zu unterbrechen, wird die Art der Photonen merklich gestört. Alice und Bob werden wissen, dass jemand versucht, ihre Schlüsselerstellung und -verteilung zu hacken. Dies ist eine zusätzliche Sicherheitsebene, die herkömmliche Methoden zur Erstellung von Verschlüsselungsschlüsseln nicht bieten.
Die Quantenkryptographie gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Quantencomputer jetzt mühelos traditionelle Methoden der Kryptographie knacken können. Beim Quantencomputing werden Bits als Quantenbits oder Qubits bezeichnet. Während Bits beim herkömmlichen Rechnen bei Werten von 0 oder 1 existieren, halten Qubits einen Wert nicht konsistent. Die Instabilität des Qubit-Werts ermöglicht es einem Quantencomputer, viele numerische Kombinationen gleichzeitig zu berechnen. Während Standardverschlüsselungsschlüssel eine Zeichenfolge mit vielen Bits verwenden können, die für einen Angreifer traditionell schwer zu erlernen ist, können Quantencomputer einen solchen Code schnell knacken. Die Implementierung von Quantenkryptografiemethoden hilft dabei, sensible Daten zu schützen, die für einen Quantencomputer sonst recht einfach zu stehlen wären.