Eine Einführung in die Quantenkryptographie

Link	intro2QC
Aktuelle Version	1.0.0
Entwickler	Barbara Günther
Betriebssystem	Windows
Lizenz	CC BY-NC-SA 4.0
Sprache	Deutsch

Das Quantenkryptographie-Programm stellt eine anschauliche Einführung für Schüler*innen in die Quantenkryptographie dar. Der inhaltliche Schwerpunkt des Programms liegt auf der Erklärung des Quantenschlüsselaustauschprotokolls BB84. Das Programm wurde als virtueller Versuch für das Schülerlabor der Abteilung Physik und ihre Didaktik am 5. Physikalischen Institut entwickelt, um Grundlagen zum ThorLabs Versuch zur Quantenkryptographie zu vermitteln. Bei entsprechender Anknüpfung an Inhalte der Quantenphysik oder Kryptographie kann es auch direkt im Unterricht oder für Interessiertenförderung eingesetzt werden.

Aufbau und Funktionsweise

In der Quantenkryptographie werden Eigenschaften von Quantenobjekten genutzt, um kryptographische Verfahren zu realisieren. Mit dem BB84-Protokoll, das in diesem Programm als eine Methode der Quantenkryptographie vorgestellt wird, können lange kryptographische Schlüssel ausgetauscht werden. Das Programm gliedert sich hierfür in fünf aufeinander aufbauende Teilabschnitte.

Teil: Computerbits mit Lichtquanten - Wie können für den Quantenschlüsselaustausch Bits mit Photonen dargestellt werden?
Teil: Der Ablauf - Wie werden Schlüssel beim Quantenschlüsselaustausch generiert?
Teil: Die Abhörsicherheit - Was passiert, wenn jemand versucht, die Verbindung abzuhören?
Teil: Ein paar Fragen - Eine Zurückführung auf die Realitätsnähe der Kryptographie
Teil: Die tatsächliche Anwendung, der Schlüsselaustausch, wird den Schüler*innen in Verbindung mit einer symmetrischen Verschlüsselung gezeigt.

Damit Schüler*inenn das Programm in ihrem eigenem Tempo bearbeiten können, können die Erläuterungen mit Animationen Schritt für Schritt durchgeklickt werden. Das Programm beinhaltet zudem Aufgaben zur Selbstkontrolle.

Systemvoraussetzungen und Zubehör

Es werden ein aktuelles Windows Betriebssystemen und eine Widescreen Auflösung mit FullHD empfohlen.

Experimente

Das Programm kann im Schülerlabor Spiel der Kräfte im Rahmen eines Experiments zum Thema Quantenkryptographie in Verbindung mit dem ThorLabs Versuch zur Quantenkryptographie verwendet werden.

Bedienungsanleitung des Herstellers

Eine kurze Zusammenfassung theoretischer Grundlagen zur Kryptographie und dem Quantenschlüsselaustauschprotokoll BB84 sowie ein fachdidaktischer Kommentar zur Software können hier heruntergeladen werden.
Fragen, Probleme und Anregungen zum Programm oder der Dokumentation können gerne per Mail an uns gerichtet werden!