Κρυπτογράφηση: Παραγωγή τυχαίων αριθμών από DNA για πρώτη φορά

Επιμέλεια: Μαίρη Αλιβιζάτου

Για πρώτη φορά, βιολογία και κρυπτογράφηση συνδέονται σε ένα μηχανισμό παραγωγής τυχαίων αριθμών από νουκλεοτίδια DNA, που παράγουν 7 εκατομμύρια GB τυχαίων αριθμών τη φορά, οι οποίοι με τη σειρά τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τυχαίων κλειδιών κρυπτογράφησης στο διαδίκτυο.

Μια βιολογική “μηχανή” αριθμών

Η πρωτότυπη αυτή μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιστημονική Nature Communications από ερευνητές του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας (ΕΤΗ) στη Ζυρίχη και στην ουσία πρόκειται για τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί το γενετικό υλικό DNA, ώστε από τον τυχαίο τρόπο κατανομής των νουκλεοτιδίων του να προκύψουν αμέτρητοι συνδυασμοί αριθμών. Έχοντας, για πρώτη φορά μια βιολογική “μηχανή” παραγωγής τους.

Η σημαντικότητα του εγχειρήματος έγκειται στο ότι οι αριθμοί που προκύπτουν δε μπορούν να προβλεφθούν, που είναι άλλωστε και το ζητούμενο στην επιστήμη της κρυπτογράφησης. Οι αριθμοί αυτοί, παράγονται εντελώς τυχαία. Και για να προμηθεύονται με τόσο τυχαίους αριθμούς, οι επιστήμονες μέχρι σήμερα, τους αντλούν από άλλες μεθόδους, όπως είναι για παράδειγμα η τυχαία καταγραφή εναλλαγής τάσης του ηλεκτρικού ρεύματος την ώρα που αυτό διαπερνά ένα λεπτό καλώδιο.

Πώς προέκυψαν οι αριθμοί

Για την παραγωγή τυχαίων αριθμών οι ερευνητές ακολούθησαν την εξής διαδικασία.

Χρησιμοποίησαν ένα διάλυμα το οποίο περιείχε όλα τα νουκλεοτίδια του DNA. Αυτά είναι η αδενίνη, η θυμίνη, η γουανίνη και η κυτοσίνη. Με τη βοήθεια ενός καλουπιού 64 θέσεων, τα νουκλεοτίδια προσκολλούσαν σε μία τυχαία θέση κάθε φορά. Να σημειωθεί ότι αυτή η μέθοδος, προσομοιάζει με εκείνη, κατά την οποία γίνεται η σύνθεση τεχνητών μορίων DNA.

Το αποτέλεσμα, ήταν να προκύψουν τρία τετράκις εκατομμύρια διαφορετικά τεχνητά μόρια. Στη συνέχεια, προσδιόρισαν την ακριβή αλληλουχία πέντε χιλιάδων μορίων που αντιστοιχούσαν σε 12 megabyte δεδομένων και με τη χρήση ενός αλγορίθμου “μετέφρασαν” την αλληλουχία των χημικών βάσεων σε αλληλουχία των ψηφίων 0 και 1, που είναι τα ψηφία που χρησιμοποιούνται στη “γλώσσα” των υπολογιστών.

Μάλιστα, καθώς μετέπειτα αναλύσεις κατέδειξαν ότι η γουανίνη και η θυμίνη προσκολλούσαν με μεγαλύτερη συχνότητα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν διορθωτικό αλγόριθμο για να καταστήσουν τη διαδικασία παραγωγής των αριθμών ακόμα πιο απρόβλεπτη.

Ένα αποκλειστικό …πλεονέκτημα

Ενώ, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου εξαγωγής τυχαίων αριθμών που δεν χαρακτηρίζει καμία άλλη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε ποτέ.

Δεν είναι μονάχα ικανή, να παράγει τεράστιες ποσότητες δεδομένων αποθηκευμένων σε εξαιρετικά λίγο χώρο, αλλά μπορούν αυτά τα δεδομένα εξαιτίας της ιδιότυπης μεθόδου παραγωγής τους, να αποθηκευτούν ώστε να ψηφιοποιηθούν σε μεταγενέστερο χρόνο, κατά το δοκούν. “Αυτό ήταν αδύνατο με άλλες μεθόδους”, σύμφωνα με δηλώσεις ενός από τους ερευνητές της δημοσίευσης, Robert N. Grass.

Η ερευνητική ομάδα, εκτιμά ότι αυτός ο τρόπος παραγωγής τυχαίων αριθμών μπορεί να αξιοποιηθεί σε πλειάδα εφαρμογών κρυπτογράφησης, παρά το γεγονός ότι αυτό δεν ήταν ο αρχικός τους σκοπός. Κυριολεκτικά λοιπόν, το DNA μας, παρέχει πολλή πληροφορία!