Eve on a mission – Das Spiel
Erkunde spielerisch die Welt der Quantenkommunikation
Versuche als Eve, den Quantenkanal von Alice und Bob zu hacken und ihre Nachrichten mitzulesen.
Wie funktioniert’s?
Schlüpfe in die Rolle der Hackerin Eve. Deine Nachbarn Alice und Bob haben einen geheimen Quantenkanal aufgebaut. Dein Ziel ist es, ihren Schlüssel zu knacken und so ihre Nachrichten mitzulesen.
Bestimme die Filterbasen von Alice
Du hast eine Kamera bei Alice installiert und kannst die Ausrichtung ihrer Filterbasen („+“ oder „x“ ) auf einem kleinen Monitor beobachten. Merke dir die Abfolge und trage sie in die Konsole von Alice ein.
Merke dir Bob's Filterbasen
Da du den klassischen Kommunikationskanal angezapft hast, erfährst du Informationen zur Messung von Bob. Merke dir auch diese Abfolge von „+“ und „x“ und trage diese in die Konsole von Bob ein.
Erstelle den Schlüssel
Hast du beide Messungen richtig mitverfolgt, musst du nur noch den Schlüssel aus Nullen und Einsen von Fehlern befreien. Streiche dazu die Messergebnisse in der Schlüsselkonsole, die nicht die gleiche Basis haben.
Entschlüssle die Nachrichten
Den übriggebliebenen Code kannst du im Nachrichten-Fernster eingeben. Wenn du richtig liegst, kannst du die Nachrichten mitlesen.
Mit jeder Runde musst du dir längere Abfolgen merken. Erfährst du das Geheimnis von Alice und Bob?
Wie funktioniert's?
Was ist das BB84-Protokoll?
Das BB84-Protokoll ist ein Verfahren, mit dem zwei Personen – traditionell Alice und Bob genannt – einen gemeinsamen, geheimen Schlüssel austauschen können.
Stell dir vor, Alice und Bob wollen denselben geheimen Zahlencode haben, ohne ihn direkt zu übertragen. Dafür nutzen sie einzelne Lichtteilchen – Photonen –, deren Ausrichtung (Polarisation) eine 0 oder 1 bedeutet. Es gibt zwei einfache „Brillen“ (Filterbasen) zum Messen: die „+“-Brille für horizontal/vertikal und die „x“-Brille für diagonal/antidiagonal.
Information in Licht verpackt
Alice bereitet jedes Photon zufällig vor: Sie wählt eine der beiden Brillen und stellt die Polarisation so ein, dass sie damit eine 0 oder 1 kodiert. Dann schickt sie das Photon an Bob. Bob wiederum entscheidet für jedes ankommende Photon ebenfalls zufällig, mit welcher Brille er misst. Stimmen Alice‘s und Bob‘s Brillen überein, liest Bob das richtige Bit aus; passen sie nicht zusammen, ist sein Ergebnis reiner Zufall. Nach der Messung ist das Photon „verbraucht“ – man kann es nicht erneut messen.
Anschließend sprechen Alice und Bob über eine normale Datenverbindung nur darüber, welche Brillen sie jeweils benutzt haben – die Bits selbst bleiben geheim. Sie behalten die Positionen, an denen sie dieselbe Brille verwendet haben, und werfen den Rest weg. Aus den übrig gebliebenen Bits entsteht der Rohschlüssel.
Abhören? Sofort erkannt!
Versucht Eve mitzuhören, muss sie die Brille raten. Eine Messung und Neuerzeugung des Photons würden zu einer zeitlichen Verschiebung führen und sie würde auffliegen. Rät sie falsch, entstehen Fehler, die Alice und Bob bei kurzen Stichproben bemerken. In echten Systemen gleichen sie danach kleine Unterschiede mit einer Fehlerkorrektur aus und kürzen den Rohschlüssel so, dass man selbst mit ein paar bekannten Bruchstücken keine Informationen erhalten kann.
So entsteht bei beiden Seiten derselbe geheime Endschlüssel – er wurde nie übertragen, sondern erzeugt.
Warum ist das sicher?
Jede Messung stört
Wer mithört, muss die „Basis“ raten. Bei falscher Wahl werden Ergebnisse zufällig und erzeugen Fehler, die Alice und Bob beim Vergleich sofort auffallen.
Kein perfektes Kopieren möglich
Unbekannte Photonen-Zustände lassen sich in der Quantenwelt nicht verlustfrei klonen. Jeder Kopierversuch verändert den Zustand und hinterlässt nachweisbare Spuren.
Schlüssel bleibt lokal
Über den klassischen Kanal teilen Alice und Bob nur Basen und Hilfsinformationen, niemals die eigentlichen Bits. Der fertige Schlüssel entsteht separat bei beiden und wird nicht übertragen.
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