创新背景

如今，随着量子计算时代的临近，量子计算机在几秒钟内就可能破解标准8位密码，这就催生了对更新、更复杂的加密方法的需求。

创新过程

得克萨斯州大学奥斯汀分校（UT-Austin）的研究团队在ACS Central Science杂志上发表了一篇题为《使用同时测序、序列定义的寡聚氨基甲酸酯混合物的分子加密和隐写术》的研究论文。研究团队采用256位加密密钥，并将其编码为一种类似塑料的材料——寡聚氨基甲酸酯（oligourethane），得到了一种能够加密大型数据集的新存储介质。

研究团队设计了16种不同的氨基甲酸酯单体，将它们分别与十六进制的16种字符（0~9，A-F）对应起来。每个十六进制字符占4位（bit），因此，每个单体提供4位的存储密度。随后，研究团队用这16种单体合成8种长度相同、序列不同的寡聚物，每个寡聚物总长10个单体，其中8个带编码信息。将它们混合加入墨水中，如此一来，从墨水中提取出这些寡聚物并进行测序，就能获得8（8种单体）×8（8种寡聚物）×4（4位存储密度）=256（位）信息。

此外，研究团队还用同位素标签使每个寡聚物能够更好地彼此区分，因此，即使是含有多达96个特定分子的混合物，也可以进行序列解读。

通过这种方法， Anslyn实验室加密了L. Frank Baum《绿野仙踪》的全文文本。首先，实验室中的一台机器人利用市售氨基酸原料合成了8种寡聚物“分子密码”；之后将“分子密码”混合物溶解在异丙醇中，并与甘油和烟灰结合，制成可写油墨；再将“墨水”放入空圆珠笔，用它手写一封信，从德克萨斯州的奥斯汀邮寄到马萨诸塞州的洛厄尔，在合作者Reuther的实验室进行提取、测序和解密。借助液相色谱质谱仪和一组仪器指令，合作者在第一次尝试中便能够正确地解读出这个256位的加密密钥，并用该密钥解密了这本书。

创新价值

研究团队采用256位加密密钥，并将其编码为一种类似塑料的材料——寡聚氨基甲酸酯（oligourethane），得到了一种能够加密大型数据集的新存储介质。这种“分子密码”的出现创造了一种可能性——将密钥隐藏在各式物品的分子结构中，不仅仅是墨水，也可能是纸张、项链、钥匙扣等等。同时，这也是首次将如此多的信息存储在这种类型的聚合物中，它标志着分子数据存储和密码学领域的革命性科学进步。