Agente 007: Moléculas orgánicas como portadoras de secretos

En la era digital, la seguridad de la información sensible es de suma importancia. Muchos datos se cifran antes de ingresar a la autopista de datos. En su mayoría, estos métodos utilizan una contraseña para el descifrado, y en la mayoría de los casos, exactamente esta contraseña es la puerta de entrada para los piratas informáticos. Los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) utilizan un enfoque nuevo y altamente seguro al combinar la informática con la química y un método de cifrado convencional con una contraseña química. Su desarrollo ahora se informa en una publicación de acceso abierto en Nature Communications .

En la actualidad, existen programas de encriptación muy buenos y altamente efectivos, que son difíciles de superar, siempre que la capacidad de la computadora sea limitada. La contraseña, sin embargo, sigue siendo el punto débil. Si está mal elegido y no cumple con los requisitos de seguridad necesarios, es el talón de Aquiles de todo el cifrado. Aquí es exactamente el punto de partida del trabajo de los científicos del KIT: ocultan la información de la contraseña en una pequeña molécula orgánica. Y mientras que la información digital encriptada puede viajar públicamente, la clave para leer la información se transporta de manera invisible y sin el conocimiento del medio ambiente en forma de un pequeño volumen de un compuesto químico, por ejemplo, como una gota en el papel.

«Por supuesto, este método solo es adecuado para aplicaciones que requieren altos niveles de seguridad y, por lo tanto, justifica un gasto elevado, por ejemplo, la transmisión de inteligencia o la comunicación de embajadas», dice el profesor Michael Meier, del Instituto de Química Orgánica de KIT. Otras aplicaciones pueden ser etiquetas de identificación o anti falsificación. Podemos trabajar con cantidades más pequeñas y también encontrarlos en materiales, en los que no se pueden usar otros compuestos químicos, como las moléculas de ADN «, agrega el primer autor Andreas Boukis. Los científicos lograron aislar de manera confiable las claves químicas de varios materiales de soporte, como papel, perfume, café instantáneo, té verde, azúcar e incluso sangre de cerdo.

La información de la clave química está oculta en la secuencia de bloques de construcción y las cadenas laterales adjuntas. A cada uno de estos componentes químicos se le asigna una letra y un número. Dependiendo de qué componentes se sintetizan en qué secuencia y con qué cadenas laterales, se obtiene un código alfanumérico individual para la molécula de la contraseña. Se lee en voz alta con un programa informático especialmente desarrollado y se convierte en un código binario. Para la síntesis, los científicos utilizaron una llamada reacción multicomponente convencional. Permite sintetizar una molécula previamente definida en un solo paso con un pequeño gasto. Como componentes básicos, los investigadores seleccionaron compuestos adecuados disponibles comercialmente. Con esta base de datos de 130 compuestos básicos diferentes, se pueden sintetizar 500,000 claves químicas, que contienen una información básica de 18 bits cada una. Al combinar varias claves químicas que también pueden transmitirse en diferentes momentos y lugares, la capacidad de almacenamiento de información y, por lo tanto, la seguridad se puede aumentar aún más. Como los compuestos son altamente robustos, son adecuados para una variedad de materiales portadores.

Gracias a otra propiedad, también son fáciles de encontrar: en cierta posición, tienen una cadena lateral especial que facilita la recuperación, los llamados perfluoroalquilos. Sus propiedades son similares a las del teflón, es decir, no les gusta interactuar con medios acuosos (polares) o grasos (no polares), pero solo con otros compuestos perfluorados. Por esta razón, estas moléculas pueden separarse selectivamente de una mezcla. Los compuestos aislados se analizan luego utilizando un método de análisis altamente sensible convencional, la espectrometría de masas. Se determina la masa de moléculas completas, pero también de fragmentos definidos. Si se conoce la biblioteca de los 130 componentes iniciales posibles, se pueden extraer conclusiones con respecto a la molécula y se puede leer la contraseña para el descifrado.

«La idea de enviar información a través de canales secretos no es nueva. Pero nuestro proceso se caracteriza por el hecho de que proporcionamos un canal secreto altamente robusto que solo necesita cantidades mínimas de la molécula clave», resume el profesor Dennis Hofheinz del Instituto de Informática Teórica. Las ventajas de las contraseñas químicas.

El nuevo método se desarrolló en el marco del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1176 «Estructuración Molecular de Materia Suave» de la Fundación de Investigación Alemana (DFG), que está coordinada por KIT. Se han otorgado nueve millones de euros durante los primeros cuatro años al CRC que comenzó en enero de 2016.

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