Détecter l'espion et les limites

Détecter Ève par le taux d'erreur

Le protocole BB84 ne se contente pas de partager une clé : il permet de savoir si un espion a écouté. C'est ce qui le distingue radicalement de la cryptographie classique.

Pourquoi Ève introduit des erreurs

Un espion, Ève, ne connaît pas la base choisie par Alice (elle n'est annoncée qu'après). Si elle veut lire un photon, elle doit le mesurer dans une base qu'elle choisit au hasard.

Une fois sur deux, elle devine la bonne base : elle lit le bon bit et peut renvoyer un photon correct.
Une fois sur deux, elle choisit la mauvaise base : sa mesure perturbe l'état, et le photon qu'elle renvoie à Bob est désormais dans le mauvais état.

Quand Bob mesure ensuite dans la bonne base (celle d'Alice), il obtiendra parfois un bit faux à cause de la perturbation d'Ève. Ces désaccords sont des erreurs là où il ne devrait pas y en avoir.

Le taux d'erreur (QBER)

Après la réconciliation des bases, Alice et Bob sacrifient un échantillon de leur clé brute : ils comparent publiquement un sous-ensemble de bits et comptent les désaccords. C'est le QBER (Quantum Bit Error Rate).

                   nombre de bits qui diffèrent
   QBER  =  ─────────────────────────────────────────
              nombre de bits comparés (échantillon)

   Sans espion (canal idéal) :  QBER ≈ 0 %
   Ève intercepte tout        :  QBER ≈ 25 %

Pourquoi 25 % ? Ève se trompe de base une fois sur deux (1/2). Quand elle s'est trompée, le photon renvoyé donne à Bob un bit faux une fois sur deux (1/2). Sur les positions gardées : 1/2 × 1/2 = 1/4 d'erreurs.

La décision

   QBER estimé
      │
      ├─ faible (sous un seuil)  ──►  pas d'espion : on garde la clé
      │
      └─ trop élevé              ──►  espion probable : on JETTE la clé

Les bits sacrifiés pour l'estimation sont ensuite abandonnés (ils ont été révélés). Si le QBER est acceptable, le reste de la clé est conservé et purifié (correction d'erreurs et amplification de confidentialité).

Une sécurité garantie par la physique

L'espion ne peut pas contourner ce test : mesurer perturbe (incertitude) et il ne peut pas cloner pour éviter de mesurer (non-clonage). Sa présence se traduit forcément par des erreurs. La détection ne dépend d'aucune hypothèse calculatoire.

En résumé