在這個沉迷於數位安全、資料加密保護的世界裡，一個古老而又極其「類比」的問題依然存在：實體真偽。我們談論的不僅僅是奢侈手袋。我們談論的是最終進入國防系統的假微晶片，以及危及人類生命的假冒醫療植入物。這是一個巨大的國家安全和經濟問題。
目前的解決方案——序號、條碼，甚至複雜的全像圖——都存在著一個根本缺陷：如果有人知道製造細節，就可以複製。
現在，一群科學家開發出了一種聽起來像科幻小說的解決方案：一種導電水凝膠，其內部結構就像一個獨特的、顯然無法複製的分子指紋。
「魔法」在於有序的混亂
秘密不在於凝膠本身，而是它是如何形成的。研究人員利用一種名為區域組裝交聯（RAC）的工藝，將兩種常見且廉價的聚合物（聚吡咯 PPy和聚苯乙烯磺酸鹽 PSS ）置於電場中，形成凝膠。
該場迫使聚合物分離成微小區域，形成由數千個「離子-電子轉導連接點」組成的隨機、混亂的三維網絡。本質上，它形成了一個特定凝膠樣品獨有的微觀迷宮。令人興奮的是？即使是創造它的科學家也無法製造出另一個完全相同的迷宮。
基於不可複製水凝膠的物理密碼原語的概念設計，用於身份驗證。透過相工程，從均勻交聯過渡到區域交聯 (RAC)，建構摻雜聚苯乙烯磺酸鹽 (PSS) 的聚吡咯 (PPy) 水凝膠，形成離子-電子轉導連接。這種獨特的拓撲網路可實現三步驟訊號轉換：將原始資料轉換為挑戰曲線，透過 RAC-Gel 處理形成非線性響應曲線，以及透過相似性分析對輸出進行身份驗證。 （圖：經 Wiley-VCH Verlag 許可轉載）
這個迷宮充當了物理不可克隆函數（ PUF）。
它是如何運作的？電子指紋
這個概念出奇地精妙。為了驗證物體的真實性，一個電脈衝（「挑戰」）會被送到凝膠中。脈衝穿過這個獨特的、混亂的三維網絡，產生一個特定於凝膠的電輸出（「響應」）。
事實證明，該系統不僅獨特，而且極其可靠：重複相同的「挑戰」一千次，凝膠產生了幾乎相同的反應。
但當涉及到安全性時，這些數字才顯得令人印象深刻。對於一個強大的系統來說，加密需要大約 10¹⁰（100 億）個可能的質詢-回應對。這種水凝膠可以產生超過 10¹⁹ （100 億億）個質詢-響應對。不僅如此：
- 速度快：電響應幾乎是瞬時的（13 毫秒內達到峰值的 90%）。
- 目前，它具備人工智慧防護能力：研究人員在該系統上使用了最先進的機器學習演算法，包括Transformers （許多生成式人工智慧背後的架構相同），試圖預測反應。但他們失敗了。凝膠的內部動力學極其非線性且不可預測，以至於人工智慧無法對其進行建模。
這對經濟和安全意味著什麼
這種水凝膠就像材料的物理“指紋”，其影響是巨大的：
- 供應鏈：可以對微晶片進行標記，以確保它們不是重新引入市場的克隆產品或廢品。
- 健康安全：醫療植入物、藥物和設備可能具有真實性的分子印章。
- 柔性電子產品：可整合到穿戴式感測器和智慧包裝中。
從工業生產的角度來看，最好的部分是這項技術似乎並不昂貴。材料（PPy和PSS）價格低廉，製造過程中只需要電壓控制和激光，而這些技術已經廣泛應用。
當然，這項技術仍處於起步階段。其對長期磨損和極端條件的耐受性仍有待測試。但賦予每個物體牢不可破的分子特徵，這理念無疑增加了一層信任，而這種信任其實根植於物體的結構之中。
這項研究發表在《先進材料》雜誌。
問答（Q&A）
1) 這種水凝膠與二維碼或全像圖有何不同？差別在於根本。二維碼或全像圖是一種視覺或光學標識符。雖然複雜，但可以被掃描、複製並印在其他物體上。而水凝膠則是一種物理的動態標識符。它的獨特性不在於影像，而在於其混亂的三維分子結構。你無法「複製」它，就像你無法複製雪花中原子的精確排列一樣。它透過電子「對話」（挑戰-回應）進行身份驗證，而不是透過被動掃描。
2) 為什麼人工智慧無法破解？人工智慧，尤其是機器學習，即使在高度複雜的系統中也擅長發現模式。然而，水凝膠中形成的連接網絡是混亂且非線性的。這意味著輸入（電挑戰）的微小變化可能會導致輸出（反應）發生不遵循可預測模式的變化。即使在分析了數千個範例之後，人工智慧也無法建立可靠的數學模型來「猜測」答案，因為系統的物理複雜性超出了其預測計算能力。
3) 我們何時能看到這項技術？其成本是多少？我們仍處於早期研究（實驗室）階段。儘管這項研究證明了該概念的有效性（概念驗證），但仍需要進一步的實際測試來評估其耐久性、在不同溫度下的穩定性以及與工業流程的整合度。好消息是，其基礎材料（PPy 和 PSS 聚合物及溶劑）價格低廉，且製造過程無需特殊機械。雖然現在確定發布日期還為時過早，但其經濟可行性對於大規模生產似乎前景光明。
文章《安全，欺騙人工智慧並使偽造（可能）不可能的水凝膠》來自Scenari Economici 。
這是在 Sun, 19 Oct 2025 19:14:47 +0000 在 https://scenarieconomici.it/sicurezza-lidrogel-che-beffa-lia-e-rende-forse-impossibile-la-contraffazione/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。