Viele Menschen und Unternehmen machen sich Sorgen, dass sensible Daten gehackt werden könnten, daher ist das Verschlüsseln von Dateien mit digitalen Schlüsseln alltäglich geworden. Jetzt melden sich Forscher ACS Central Science haben einen dauerhaften molekularen Verschlüsselungsschlüssel aus sequenzdefinierten Polymeren entwickelt, die sequentiell aufgebaut und dekonstruiert werden. Sie versteckten ihren molekularen Schlüssel in der Tinte eines Briefes, der verschickt und dann verwendet wurde, um eine Datei mit Text aus „Der wunderbare Zauberer von Oz“ zu entschlüsseln.
Der sichere Austausch von Daten beruht auf Verschlüsselungsalgorithmen, die die Informationen durcheinander bringen und nur dann preisgeben, wenn der richtige Code oder digitale Verschlüsselungsschlüssel verwendet wird. Forscher haben molekulare Strategien entwickelt, darunter DNA-Ketten und Polymere, um Verschlüsselungsschlüssel dauerhaft zu speichern und zu transportieren.
Derzeit speichern Nukleinsäuren mehr Informationen als Polymere. Die Herausforderung bei Polymeren besteht darin, dass, wenn sie zu lang werden, die Speicherung von mehr Daten mit jedem zusätzlichen Monomer weniger effizient wird und es extrem schwierig wird, die Informationen, die sie verbergen, mit analytischen Instrumenten herauszufinden. Kürzlich haben Eric Anslyn und Kollegen eine Methode entwickelt, um Polymere sequenziell zu zerlegen, wodurch ihre Strukturen einfacher mit Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC/MS) bestimmt werden können. Also wollten Anslyn, James Ruether und andere die Methode an einer Mischung einzigartiger Polymere testen, die in Tinte versteckt sind, um zu sehen, ob der Ansatz verwendet werden könnte, um einen komplexen molekularen Verschlüsselungsschlüssel aufzudecken.
Zunächst generierten die Forscher einen 256 Zeichen langen Binärschlüssel, der Textdateien verschlüsseln und entschlüsseln konnte, wenn er in einen Algorithmus eingegeben wurde. Als nächstes codierten sie den Schlüssel in Polymersequenzen von acht 10-Monomer-langen Oligourethanen. Nur die mittleren acht Monomere hielten den Schlüssel, und die beiden Enden fungierten als Platzhalter für die Synthese und Entschlüsselung.
Der Decodierungsplatzhalter war ein einzigartiges, isotopenmarkiertes „Fingerabdruck“-Monomer in jeder Sequenz, das angibt, wo die codierten Informationen jedes Polymers in die Reihenfolge des endgültigen digitalen Schlüssels passen. Dann mischten die Forscher die acht Polymere zusammen und verwendeten ein sequentielles Depolymerisationsverfahren und LC/MS, um die ursprünglichen Strukturen und den digitalen Schlüssel zu bestimmen.
Schließlich kombinierte eine Gruppe der Forscher die Polymere mit Isopropanol, Glycerin und Ruß, um eine Tinte herzustellen, mit der sie einen Brief schrieben, den sie an andere Kollegen schickten, die die verschlüsselten Informationen nicht kannten. Diese Wissenschaftler extrahierten die Tinte aus dem Papier und folgten der gleichen sequenziellen Analyse, um den binären Schlüssel erfolgreich zu rekonstruieren. Sie gaben den Verschlüsselungsschlüssel in den Algorithmus ein und enthüllten eine Klartextdatei von „The Wonderful Wizard of Oz“. Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass die molekulare Informationsverschlüsselung mit sequenzdefinierten Polymermischungen dauerhaft genug für reale Anwendungen ist, wie das Verstecken geheimer Botschaften in Briefen und Plastikobjekten.
Samuel D. Dahlhauser et al, Molecular Encryption and Steganography Using Mixtures of Simultaneously Sequenced, Sequence-Defined Oligourethanes, ACS Central Science (2022). DOI: 10.1021/acscentsci.2c00460