Cromocriptografia codifica segredos usando cores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/03/2023

Detalhes das nanoestruturas de prata (esquerda) e as cores que elas produzem (direita).
[Imagem: Hsiang-Chu Wang et al. - 10.1002/adom.202202165]

Cromocriptografia

Hsiang-Chu Wang e Olivier Martin, da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, estavam trabalhando com nanoestruturas que geram cores estruturais - como as presentes nas penas de pássaros e asas e carapaças de insetos - quando se depararam com um fenômeno intrigante.

As nanoestruturas reagiam à luz polarizada de uma forma inesperada: Quando a luz polarizada incidia sobre as nanoestruturas de determinadas direções, emergia de volta uma gama de cores não apenas vivas, mas precisas, facilmente identificáveis.

A dupla então se deu conta de que essas cores discretas eram perfeitas para codificar informações. Bastou atribuir números às diferentes cores, e elas puderam ser usadas para representar as letras e números usando o código padrão de comunicação ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

Mas os pesquisadores foram além, e aplicaram um código quaternário, usando os dígitos 0, 1, 2 e 3 (em vez do código binário 0 e 1, mais comumente usado). O resultado foi uma série de sequências de quatro dígitos compostas por diferentes combinações de cores que podem ser usadas para codificar mensagens.

Nasceu então um novo sistema de criptografia, que a dupla batizou de cromocriptografia, uma criptografia baseada nas cores.

"Cada código de cor não é único, o que significa que o mesmo dígito - 0, 1, 2 ou 3 - pode representar uma cor diferente. Isso significa que o sistema de criptografia é ainda mais seguro, pois a chance de adivinhar a sequência correta do código é menor," explicou Martin.

A linha superior representa a mensagem "Olá!" em código quaternário, que é revelada quando as nanoestruturas de prata são iluminadas com a polarização correta. As duas linhas inferiores mostram sequências incorretas quando chaves de polarização incorretas são usadas.
[Imagem: NAM EPFL]

Criptografia cromática

No coração do novo método está a reação única das nanoestruturas metálicas à luz polarizada - os diferentes tons são produzidos variando o comprimento e a posição das nanoestruturas.

Dependendo da polarização da luz incidente (vertical, horizontal ou diagonal), a luz refletida pelas nanoestruturas muda de opaca para viva, produzindo cores robustas, que são enviadas para um segundo polarizador para análise.

Ao usá-las para a criptografia cromática, apenas a combinação correta das direções de polarização revela a mensagem secreta - luz polarizada em qualquer outra direção revela uma série de cores correspondentes a uma mensagem sem sentido.

Além de codificar mensagens, os pesquisadores demonstraram que seu método pode ser usado para reproduzir uma pintura - neste caso, a Paisagem Mediterrânea de Picasso - em escala nanométrica. Para isso, eles substituíram os píxeis de uma reprodução digital da pintura por suas nanoestruturas de prata. Assim como acontece no método de criptografia cromo, a obra de arte só foi revelada quando incidiu sobre a nanopintura a luz polarizada na direção correta.

"Usando nanoestruturas, você pode codificar uma enorme quantidade de informações em uma área extremamente pequena, portanto existe o potencial para uma densidade de informações muito alta. Ao mesmo tempo, uma abordagem de criptografia que pode ser lida e interpretada a olho nu, em oposição a um computador, pode ser vantajosa," propõe Martin.

Quiralidade fotônica

De forma um tanto surpreendente, as nanoestruturas apresentam o que é conhecido como resposta quiral, refletindo a luz polarizada em uma direção diferente da própria excitação.

Na física e na química, a quiralidade - ou as propriedades de um material que surgem de sua assimetria geométrica - é um aspecto funcional importante e bem estudado das moléculas, como as proteínas. Mas não se esperava que ela fosse vista em nanoestruturas de prata que são simétricas.

"A quiralidade é um conceito frequentemente mal utilizado e difícil de definir. O aspecto fundamental da quiralidade em geometrias simples como as apresentadas por nossas nanoestruturas é uma descoberta importante deste estudo," ressaltou Martin.

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