单分子密码机？

对于间谍来说，保密永远是最重要的。数百年来，间谍使用了从隐形墨水到复杂的代码等各种手段来试图隐藏他们要传递的信息，其效果也有好有坏。第二次世界大战期间德国军队使用的Enigma密码机，使得德军能够加密传输情报，而不怕被拦截。它由一系列转子产生密码，发送者可以用它加密消息并通过无线电发送给收件人。只要接收者知道初始转子设置，他们就可以解密自己收到的消息。

现在，以色列魏茨曼科学研究所的David Margulies及其同事在《Nature Communications》上报道了一种化学加密的方法，可以将秘密信息放在一个荧光分子里，只有当这种分子进行正确的反应时，才能够进行解码。（Message in a molecule. Nat. Commun., DOI:10.1038/ncomms11374）

Margulies试图将古老的隐写术（steganography，将信息隐藏在无序排列的文字里）和密码学（cryptography）结合起来，创造了一种化学加密设备。“这个加密系统可以看作是一个单分子大小的‘Enigma’密码机，不过它只对化学产生响应，而不是对机械作用。”

Margulies团队的“密码机”是可以结合各种化合物的荧光氨基酸支架（如上图）。首先，发送者将消息转换成一个代码，其中每个字母由一个数字表示。然后他们将这种荧光感应分子溶解在乙醇中，然后再添加一个随机的化合物并测量记录其荧光发射光谱。光谱的强度值（以20nm为间隔）可以被用作唯一的加密密钥，然后这个密钥被加到初始的代码数字上，就可以作为已加密信息发送给接收者。“为了能够阅读信息，接收者只需要将相同的化合物添加到相同的分子密码机里，”Margulies解释说。所添加的化合物和溶剂是解密的必要初始条件，当加入正确的化合物后，收件人可以测量荧光发射光谱拿到加密密钥，并从连串的密码中读出原始信息（流程如下图）。

Margulies说，这种强力的加密工具可以使用市售的化学品。在一个例子中，该团队甚至用眼药水来进行加密。用户也可以在分子传感器中添加一系列的化学品，以组成较长的消息。

除了可以帮助加密消息，这种荧光感应分子同时识别多个分子的能力可能有更广泛的影响。“荧光分子探针常用于在活细胞内鉴定生物分子，”Margulies说。“这也为获得具有超强分析能力的荧光分子探针开辟了一条道路。”

达特茅斯学院的材料化学家Chenfeng Fe认为，这样的研究显示出了希望，但它的加密功能可能还不成熟。“我觉得这个研究是“奇思妙想”的一个很好的例子，”他说。“不过，我们将来是否可以看到这种加密方法走向实用，目前还不清楚。如果作者们试图将此技术商业化，可能还有许多实际障碍。”

1. http://www.nature.com/ncomms/2016/160503/ncomms11374/full/ncomms11374.html

2. http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/05/chemical-encryption-hidden-messages-molecular-enigma-machine

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