Intercept–Resend Attack in Single-Photon Protocol: Analysis, Simulation, and Security Evaluation of the BB84 Quantum Key Distribution Protocol

dc.contributor.authorARAB , Rahma Achraf Eddine
dc.contributor.authorBELDJEROU , Youcef Achraf Eddine
dc.contributor.authorBERRAH , Smail Supervisor
dc.date.accessioned2026-11-10T13:08:52Z
dc.date.issued2026
dc.descriptionيقدم هذﺍ ﺍلبحث تحليلاً شاملاً لهجوم ﺍلاعترﺍﺽ-وإعاﺩﺓ ﺍلإﺭسال (Intercept–Resend) على بروتوكول توﺯ يع ﺍلمفتاﺡ ﺍلكمي BB84 باستخدﺍم مصاﺩﺭ ﺍلفوتون ﺍلوﺍحد. بالاعتماﺩ على ﺍلمباﺩﺉ ﺍلأساسية لميكانيكا ﺍلكم --- ﺍلترﺍكب ﺍلكمي، ونظر ية عدم ﺍلاستنساﺥ، وﺍلاضطرﺍﺏ ﺍلناتج عن ﺍلقياﺱ --- نوضح كيف يمكن للمتنصت (Eve) ﺃن يُحدﺙ ﺃخطاﺀ قابلة للكشف ﺇحصائياً في ﺍلقناﺓ ﺍلكمية. نشتق تحليلياً ﺃن هجوم ﺍلاعترﺍﺽ-وإعاﺩﺓ ﺍلإﺭسال ينتج نسبة خطأ كمية نظر ية (QBER) مقدﺍﺭها 25% عندما تعترﺽ ﺇيف جميع ﺍلفوتوناﺕ ﺍلمرسلة. محاكاﺓ شاملة باستخدﺍم لغة بايثون لبروتوكول BB84، بحضوﺭ ﺇيف وبدونها، تتحقق من صحة هذه ﺍلتنبؤﺍﺕ ﺍلنظر ية. بالإضافة ﺇلى ﺫلك، تقوم محاكاﺓ بصر ية في برنامج OptiSystem بنمذجة تأثير ﺍلمعايير ﺍلفيز يائية للقناﺓ --- مسافة ﺍلإﺭسال، ومعدل ﺍلبت، وﺍلطول ﺍلموجي --- على ﺃﺩﺍﺀ ﺍلنظام. تؤكد ﺍلنتائج ﺃن بروتوكول BB84 يوفر كشفاً قو ياً لعملية ﺍلتنصت عند تطبيق عتباﺕ نسبة ﺍلخطأ ﺍلكمي بشكل صحيح، وﺃن تطبيقاﺕ ﺍلفوتون ﺍلوﺍحد توﺍجه مقايضاﺕ متأصلة بين مسافة ﺍلإﺭسال ومعدل توليد ﺍلمفتاﺡ. يتم مناقشة ﺍلإجرﺍﺀﺍﺕ ﺍلمضاﺩﺓ بما في ﺫلك تضخيم ﺍلخصوصية وﺍلمكرﺭﺍﺕ ﺍلكمية
dc.description.abstractThis thesis presents a comprehensive analysis of the Intercept–Resend attack on the BB84 Quantum Key Distribution (QKD) protocol using single-photon sources. By leveraging the fundamental principles of quantum mechanics — superposition, the no-cloning theorem, and measurement-induced disturbance — we demonstrate how an eavesdropper (Eve) introduces statistically detectable errors into the quantum channel. We analytically derive that the Intercept–Resend attack produces a theoretical Quan-tum Bit Error Rate (QBER) of 25% when Eve intercepts all transmitted photons. A comprehensive Python-based simulation of the BB84 protocol, with and without Eve’s presence, validates these theoretical predictions. Additionally, an optical simula-tion in OptiSystem models the impact of physical channel parameters — transmission distance, bit rate, and wavelength — on system performance. The results confirm that the BB84 protocol provides robust detection of eavesdropping when QBER thresholds are properly enforced, and that single-photon implementations face inherent trade-offs between transmission distance and key generation rate. Coun-termeasures including privacy amplification and quantum repeaters are discussed.
dc.description.sponsorshipCe mémoire présente une analyse approfondie de l’attaque Intercept–Resend appliquée au protocole BB84 de distribution quantique de clés (QKD) utilisant des photons uniques. En exploitant les principes fondamentaux de la mécanique quantique — la superposition, le principe de no-cloning et la perturbation par mesure — nous démon-trons comment l’espion Eve introduit des erreurs détectables dans le canal quantique. Nous dérivons analytiquement que l’attaque Intercept–Resend produit un Taux d’Er-reur de Bit Quantique (QBER) théorique de 25% lorsque Eve intercepte tous les photons. Une simulation Python complète du protocole BB84, avec et sans attaque, valide ces résultats théoriques. De plus, une simulation optique sous OptiSystem mod-élise l’impact des paramètres physiques — distance de transmission, débit binaire et longueur d’onde — sur les performances du système
dc.identifier.otherMAI/1109
dc.identifier.urihttps://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/4048
dc.language.isoen
dc.publisherUnuversity Setif 1 Ferhat Abbas . Faculty of Sciences
dc.subjectQuantum cryptography
dc.subjectQKD
dc.subjectBB84
dc.subjectSingle photon
dc.subjectIntercept–Resend attack
dc.subjectQBER
dc.subjectInformation security.
dc.titleIntercept–Resend Attack in Single-Photon Protocol: Analysis, Simulation, and Security Evaluation of the BB84 Quantum Key Distribution Protocol
dc.typeThesis

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
MAI1109.pdf
Size:
659.5 KB
Format:
Adobe Portable Document Format

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description: