文章来源：材料科学与工程
随着我国科技实力的不断提升，越来越多的高附加值产品和核心技术进入国际市场。然而，技术出口带来的不仅是经济增长，也伴随着核心技术被窃取的风险。如何在海外保护这些无形资产，避免技术泄露和逆向工程，已成为必须重视的问题。以去年中资非洲油田的数十亿元采油设备被扣押，在这一危急时刻，我国通过远程操控，实现了系统从软件到实体设施的全面锁死，有效保护了国有资产的安全。又例如某些国家对我国战机导弹技术的窥探等事件凸显了如何确保海外资产在无本土监管情况下的安全保护。因此，加强技术保护、延长本轮科技创新红利的周期，是亟需解决的关键问题。
与此同时，量子计算机的快速发展也对现有的加密技术构成威胁，尤其是对基于大质数分解的加密算法。一旦量子计算突破，当前依赖于RSA的保护措施可能会全部失效，导致敏感数据面临前所未有的风险。因此，迫切需要开发更为先进的加密技术，以确保未来在信息保护方面的安全性。
在这一背景下，昆明理工大学的杨正文教授研究团队与南京大学徐挺教授团队及合作者们在《Advanced Materials》期刊上发表了一项突破性的成果，提出了一种全新的自加密光学存储技术，结合了时空自加密和级联哈希算法，为高价值信息和设备的保护提供了新的解决方案。项技术利用多色光致变色材料的光刻片上集成，结合光学加密原理，不仅实现了内嵌式的互锁-级联区块链式“硬件级”加密，也为未来的片上光学加密技术提供了可行的方向。通讯作者：杨正文，徐赞（昆明理工大学）；徐挺（南京大学）；周济院士（清华大学）；廖佳燕（悉尼科技大学）.共同第一作者：徐赞（昆明理工大学），刘明泽（南京大学）。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202506247
创新的光致变色材料：PbMoO4微晶
在该项研究中，团队开发了一种新型光致变色材料——PbMoO4微晶（PMO），并成功实现了多色光致变色现象。与传统材料不同，PMO不仅具备在多个光波长下的颜色变化能力，还能够通过不同的光源波长调节其颜色状态，展现出显著的易失性和非易失性光致变色特性。通过合理的掺杂和合成，这些微晶材料展现了在405 nm、473 nm和808 nm等不同波长下的光致变色现象，且能够自如地在多个着色态之间可逆切换。
自加密光学存储技术：信息的“时空锁定”
PMO的多色光致变色特性，不仅使得其在不同波长光源下的颜色状态变化互不干扰，还能为信息存储提供独特的安全性。研究团队利用这一特性提出了时空自加密光学信息存储方案。在该方案中，不同的光致变色通道（灰色和粉色通道）分别用于存储不同需求的加密信息（不可公开的私钥/可公开的公钥+明文），每个信息块只能在特定的时间窗口内解密，超出时间限制后，信息将自动意义上的“蒸发”。该设计需要定时授权，而时间窗口则保证以目前超级计算机的算力无法破解。
通过实验数据，研究团队验证了PMO在光照下的反应速度和自加密能力。研究表明，灰色通道具有良好的可逆性和自褪色能力，而粉色通道则表现出了超高的稳定性和长达1500天的耐久性，为数据安全存储提供了坚实的基础。
图2. 多色光致变色和上转换发光调制。
光学集成与器件化：片上光刻阵列硬件
通过光刻技术，研究团队还将PMO微晶材料集成到光学芯片上，开发了集成光学阵列。这些阵列不仅能够实现多种加密模式，还能通过硬件级别的加密保障信息的安全存储。与传统的软件加密系统不同，这一技术通过在光学材料中直接实现加密，不仅提高了安全性，还能有效防止信息被破解和篡改。
图 5. 集成在芯片上的PMO 阵列的制备及写入/读取。
级联哈希加密：光学非对称密码学
与传统的加密算法不同，研究团队设计了一种新的级联哈希加密机制，灵感来源于区块链技术。在该加密方式下，存储在PMO材料中的信息块在解密时需要按照一定的顺序逐步解锁，前一个信息块的解密必须完成后才能进行下一个块的解密。这一特性有效地增加了信息的安全性，尤其适用于保护高价值设备和知识产权中的敏感数据。另外研究团队还针对不同密级的区分进行了进一步开发，在RSA-256加密模型的基础上更进一步开发了更高密级的混合格子哈希加密，该方法被普遍视为进一步对抗量子计算机破解的数学模型。
结语：
这一创新性工作不仅为抗破解和防克隆技术的发展提供了新思路，也为高价值资产的安全存储提供了更为可靠的解决方案。随着量子计算等新兴技术的崛起，PMO材料的自加密特性及其在集成光学阵列中的应用，可能会成为未来信息安全领域的重要基础。
共同第一作者介绍：
徐赞博士和刘明泽博士为该工作的共同第一作者。徐赞，浙江宁波人，昆明理工大学博士，主要从事有源光学器件材料、第一性原理计算方面研究。刘明泽，山东淄博人，南京大学博士（后），主要从事微纳光学以及光学超表面领域研究。
图：徐赞博士（右）和刘明泽博士（左），摄于南京。
