Мы реализуем протокол BB84 для квантового распределения ключей (QKD), но симулируем квантовые состояния через псевдослучайные числа.

Реализация BB84:

cpp

#include <avr/random.h>

// Квантовые состояния (симуляция)
enum QuantumState {
    STATE_0,      // |0>
    STATE_1,      // |1>
    STATE_PLUS,   // |+> = (|0> + |1>)/√2
    STATE_MINUS   // |-> = (|0> - |1>)/√2
};

// Базисы измерения
enum Basis {
    BASIS_Z,      // Измерение в Z-базисе (|0>, |1>)
    BASIS_X       // Измерение в X-базисе (|+>, |->)
};

// Генерация случайного квантового состояния
QuantumState generateQuantumState() {
    return (QuantumState)(rand() % 4);
}

// Генерация случайного базиса
Basis generateBasis() {
    return (Basis)(rand() % 2);
}

// Измерение квантового состояния в заданном базисе
uint8_t measureQuantumState(QuantumState state, Basis basis) {
    if (basis == BASIS_Z) {
        return (state == STATE_0 || state == STATE_PLUS) ? 0 : 1;
    } else {
        return (state == STATE_0 || state == STATE_1) ? 0 : 1;
    }
}

// Протокол BB84 (Алиса отправляет, Боб измеряет)
struct BB84Result {
    uint8_t aliceBits[128];
    uint8_t bobBits[128];
    Basis aliceBases[128];
    Basis bobBases[128];
    uint8_t keyLength;
    uint8_t sharedKey[128];
};

BB84Result performBB84(uint8_t length) {
    BB84Result result;
    result.keyLength = 0;
    
    // Шаг 1: Алиса генерирует случайные биты и базисы
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        result.aliceBits[i] = rand() % 2;
        result.aliceBases[i] = generateBasis();
        
        // Генерируем квантовое состояние
        QuantumState state;
        if (result.aliceBits[i] == 0) {
            state = (result.aliceBases[i] == BASIS_Z) ? STATE_0 : STATE_PLUS;
        } else {
            state = (result.aliceBases[i] == BASIS_Z) ? STATE_1 : STATE_MINUS;
        }
        
        // Шаг 2: Боб измеряет в случайном базисе
        result.bobBases[i] = generateBasis();
        result.bobBits[i] = measureQuantumState(state, result.bobBases[i]);
    }
    
    // Шаг 3: Согласование базисов (публичный канал)
    for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
        if (result.aliceBases[i] == result.bobBases[i]) {
            // Базисы совпадают - сохраняем бит
            result.sharedKey[result.keyLength] = result.aliceBits[i];
            result.keyLength++;
        }
    }
    
    // Шаг 4: Проверка на прослушивание (сравнение небольшой части ключа)
    // ... (опущено для краткости)
    
    return result;
}

// Функция для шифрования сообщения (XOR с ключом)
void encryptMessage(uint8_t* message, uint8_t len, uint8_t* key, uint8_t keyLen) {
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
        message[i] ^= key[i % keyLen];
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    randomSeed(analogRead(A0));
    
    // Алиса и Боб обмениваются ключом
    BB84Result result = performBB84(128);
    
    Serial.print("Квантовый ключ (");
    Serial.print(result.keyLength);
    Serial.println(" бит):");
    
    for (uint8_t i = 0; i < result.keyLength; i++) {
        Serial.print(result.sharedKey[i]);
        if ((i + 1) % 8 == 0) {
            Serial.print(" ");
        }
    }
    Serial.println();
    
    // Пример шифрования сообщения
    uint8_t message[] = "ARDUINOHACKS FOREVER!";
    uint8_t encrypted[32];
    memcpy(encrypted, message, sizeof(message));
    
    encryptMessage(encrypted, sizeof(message), result.sharedKey, result.keyLength);
    
    Serial.print("Зашифрованное сообщение: ");
    for (uint8_t i = 0; i < sizeof(message); i++) {
        Serial.print(encrypted[i], HEX);
        Serial.print(" ");
    }
    Serial.println();
}

void loop() {}