Stellen Sie sich vor, Sie könnten ein äußerst komplexes Verschlüsselungspasswort oder detaillierte Finanzinformationen für eine Organisation in der chemischen Struktur von Tinte verstecken. Es mag wie aus einem Spionagefilm klingen, aber Wissenschaftler der University of Texas in Austin und der University of Massachusetts Lowell haben kürzlich bewiesen, dass es möglich ist.
In einem Artikel, der heute in der Zeitschrift erscheint ACS Central Scienceskizzierten die Forscher, wie sie einen 256-Bit-Verschlüsselungsschlüssel nehmen und ihn in ein kunststoffähnliches Material codieren konnten, das sie im Labor synthetisierten, was zu einem neuen Speichermedium zum Verschlüsseln eines großen Datensatzes führte.
„Wenn es um die Informationsspeicherung geht, suchen wir nach Möglichkeiten, Daten auf kleinstem Raum und in einem dauerhaften und lesbaren Format zu speichern“, sagte Eric Anslyn, Chemieprofessor an der UT Austin und korrespondierender Autor des Papiers.
Um ihre Technik zum Speichern von Daten zu beweisen, verschlüsselte Anslyn in Zusammenarbeit mit James Reuther von UMass Lowell und anderen Forschern eine Kopie von der wunderbare Zauberer von Oz von L. Frank Baum. Der 256-Bit-Verschlüsselungsschlüssel ist selbst von den schnellsten Computern praktisch nicht zu knacken. Es wurde in einem Material gespeichert, das als sequenzdefiniertes Polymer bezeichnet wird und aus einer langen Kette von Monomeren besteht. Jedes Monomer entspricht einem von 16 Symbolen und mit ihrer neu entwickelten Technik konnten die Forscher die 256 zu lesenden Informationsbits in der richtigen Reihenfolge codieren.
Eine Robotermaschine in Anslyns Labor erzeugte das Polymermaterial unter Verwendung kommerziell erhältlicher Aminosäuren. Das fertige Polymer wurde in die Tinte eines persönlichen Briefes in Texas eingemischt, an einen Dritten in Massachusetts verschickt und dann mit einem Flüssigchromatographie-Massenspektrometer extrahiert und analysiert. Die Analyse ergab den Verschlüsselungsschlüssel, der das Buch entschlüsselte – alles beim ersten Versuch.
Es gibt viele potenzielle Anwendungen zum Speichern von Daten in einem kunststoffähnlichen Material. Da sich eine Ära der Quantencomputer nähert, macht die Fähigkeit von Quantencomputern, standardmäßige 8-Bit-Passwörter in Sekundenschnelle zu knacken, den Bedarf an neuen, komplexeren Verschlüsselungsmethoden. Die neue Innovation schafft die Möglichkeit, einen Schlüssel in der Molekularstruktur eines Geldscheins, eines Schlüsselanhängers oder einer Halskette zu verstecken.
Da riesige Mengen digitaler Daten den Bedarf an Rechenzentren treiben, die die Umwelt belasten und zum Klimawandel beitragen, werden neue Alternativen für die Datenspeicherung als entscheidend angesehen.
„Dies ist das erste Mal, dass so viele Informationen in einem Polymer dieser Art gespeichert wurden“, sagte Anslyn und wies darauf hin, dass dies „einen revolutionären wissenschaftlichen Fortschritt auf dem Gebiet der molekularen Datenspeicherung und Kryptographie“ signalisierte.
Ein anderes UT-Austin-Labor verwendete DNA, um Baums Buch in synthetischer DNA zu codieren, wobei die vier chemischen Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) in einem codierten System mit vier Symbolen verwendet wurden. Die neue Technik hat 16 Symbole, wodurch die Dichte der Informationsspeicherung viel höher wird.
„Denken Sie darüber nach. Alle Informationen, die erforderlich sind, um einen Menschen zu machen, werden in einer Ihrer Zellen gespeichert“, sagte Anslyn. „Und das ist mit vier Symbolen erledigt. Dies hat 16, mit denen man arbeiten kann.“
Samuel Dahlhauser, Christopher Wight, Sarah Moor, Phuoc Ngo, Jordan York, Marissa Vera, Kristin Blake und Ian Riddington von der UT Austin und Randall Scanga von der University of Massachusetts Lowell trugen alle zur Forschung bei.
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