Verschlüsselung mithilfe fluoreszierender Substanzen

Noch vor hundert Jahren schrieben Spione mit unsichtbarer Tinte Nachrichten auf Papier, die ein Empfänger mit Wärme, Licht oder chemischen Lösungen sichtbar machen konnte. Eine Gruppe israelischer Wissenschaftler sieht heute angesichts der wachsenden Unsicherheit bei elektronischer Kommunikation das Potenzial für ein Comeback von Geheimtinten. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ stellen die Forscher ein kryptografisches Verfahren vor, das auf winzigen Tropfen mit fluoreszierenden Flüssigkeiten basiert. Diese können auf normales Briefpapier unsichtbar aufgetragen werden und kurze, codierte Nachrichten enthalten, die sich ausschließlich von einem Empfänger lesen lassen, der dafür bestimmt ist.

Schema der chemischen Verschlüsselung
Geheimtinte

„Fluoreszierende Markermoleküle werden heute zur Identifikation von Biomolekülen in lebenden Zellen genutzt“, sagt David Margulies vom Weizman Institute of Science in Rehovot bei Tel Aviv. Genau diese Markermoleküle nutzte er, um zusammen mit seinen Kollegen eine neuartige Geheimtinte zur Übermittlung verschlüsselter Nachrichten zu entwickeln. Dank der Vielzahl dieser Moleküle, die zudem sehr empfindlich auf ihre chemische Umgebung reagierten, ergeben sich sehr viele Kombinationsmöglichkeiten. Damit steht prinzipiell eine unüberschaubar große Zahl von Codierungsschlüsseln zur Verfügung. Zum Erzeugen und Auslesen dieser Schlüssel benötigten Sender und Empfänger lediglich eine Auswahl einfacher chemischer Substanzen und handliche Fluoreszenzspektrometer.

Ihre Methode demonstrierten Margulies und Kollegen mit der kurzen Nachricht „Open Sesame“ – „Sesam öffne Dich“. Die einzelnen Buchstaben ordneten sie je einem kleinen Zahlenintervall zwischen 1 und 11.400 zu. So ergab sich eine noch unverschlüsselte Zahlenfolge. Zu diesen Zahlen addierten sie nun jeweils einen Intensitätswert ihrer Geheimtinte, die Licht im sichtbaren Spektrum zwischen 500 und 700 Nanometer Wellenlänge aussendete. Das Ergebnis war eine verschlüsselte Zahlenfolge, die selbst keiner sinnvollen Nachricht entsprach und gefahrlos – etwa via Email – verschickt werden konnte. Zusätzlich ließ der Sender einen Tropfen dieser fluoreszierenden Geheimtinte auf einem Blatt Papier trocknen. Erhielt der Empfänger diesen Brief, konnte er mit einem Spektrometer das Fluoreszenzspektrum des Tropfens messen. Mit den gemessenen Intensitätswerten hielt er den Schlüssel in der Hand, um die kryptische Zahlenfolge zu entschlüsseln und die ursprüngliche Nachricht zu lesen.

Als fluoreszierende Substanzen nutzten die Forscher Nilblau, Fluorescein und Sulforhodamin. Wurden diese mit schwachen Säuren, Basen oder Lösungen metallhaltiger Salze vermischt, änderte sich das Fluoreszenzspektrum deutlich. Sogar geringe Schwankungen der Konzentrationen dieser Flüssigkeiten reichten aus, um verschiedene Intensitätswerte zu erhalten. Nur Sender und Empfänger wussten, welche Flüssigkeiten in welcher Konzentration verwendet wurden. So war nur der Empfänger in der Lage, den getrockneten Tropfen der fluoreszierenden Geheimtinte genau so zu behandeln, um das richtige Fluoreszenzspektrum messen und damit den korrekten Schlüssel bestimmen zu können.

So antiquiert diese Art der Verschlüsselung klingen mag, bietet sie die Möglichkeit, sehr viele Schlüssel zu erzeugen. Für Dritte ist es ohne Kenntnis der verwendeten Flüssigkeiten nahezu unmöglich, den Schlüssel korrekt auszulesen. Ein schlichtes Ausprobieren aller möglichen Substanzen in verschiedenen Konzentrationen führt ebenfalls nicht zum Ziel, da er bei einem kleinen Tropfen Geheimtinte auf einem abgefangenen Dokument nur wenige Versuche durchführen könnte und der Tropfen danach quasi zerstört wäre.