Μια διεπιστημονική ομάδα Γάλλων και Ιαπώνων επιστημόνων ανέπτυξε και δοκίμασε με επιτυχία μια κρυπτογραφική μέθοδο που χρησιμοποιεί δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) ως φορέα για τη δημιουργία και την κοινή χρήση κλειδιών κρυπτογράφησης, επιτυγχάνοντας ένα επίπεδο ασφάλειας που προηγουμένως θεωρούνταν αποκλειστικό για πολύπλοκα και δαπανηρά συστήματα κβαντικής κρυπτογραφίας.
Το έργο, το οποίο συνδυάζει τη χημεία πολυμερών με την επιστήμη των υπολογιστών, είναι αποτέλεσμα συνεργασίας μεταξύ του Γαλλικού Εθνικού Κέντρου Επιστημονικής Έρευνας (CNRS), του Πανεπιστημίου του Τόκιο, του Πανεπιστημίου της Λιμόζ, του IMT Atlantique και της Ανώτατης Σχολής Βιομηχανικής Φυσικής και Χημείας του Παρισιού (ESPCI Paris – PSL).
Για να κατανοήσουμε το εύρος αυτής της προόδου, τονίζεται ότι η κρυπτογράφηση ευαίσθητων δεδομένων, είτε διπλωματικών, στρατιωτικών είτε επιστημονικών, βασίζεται επί του παρόντος στις λεγόμενες «υπό όρους» μεθόδους. Η ασφάλειά της δεν είναι απόλυτη, αλλά εξαρτάται από την υπόθεση ότι κανένας αντίπαλος δεν διαθέτει την υπολογιστική ισχύ που απαιτείται για να σπάσει τον κώδικα εντός ενός ωφέλιμου χρονικού πλαισίου.
Ωστόσο, υπάρχει μια ανώτερη κατηγορία: η «άνευ όρων» κρυπτογραφία, της οποίας το κύριο παράδειγμα είναι η κρυπτογράφηση Vernam, γνωστή και ως μέθοδος one-time pad (OTP), μιας μεθόδου που θεωρείται μαθηματικά άθραυστη υπό την προϋπόθεση ότι το κλειδί είναι απολύτως τυχαίο, χρησιμοποιείται μόνο μία φορά και παραμένει μυστικό.
Το ιστορικό εμπόδιο που εμποδίζει την ευρεία χρήση της μεθόδου OTP έγκειται στην πρακτική δυσκολία της δημιουργίας και, πάνω απ’ όλα, της κοινής χρήσης αυτών των εξαιρετικά μεγάλων τυχαίων κλειδιών μεταξύ ενός αποστολέα και ενός δέκτη, ειδικά σε σημαντικές αποστάσεις.
Εδώ ακριβώς αναδεικνύεται το μόριο DNA ως ιδανικό μέσο. Κάθε αλυσίδα DNA αποτελείται από μια αλληλουχία τεσσάρων χημικών βάσεων – αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G). Οι χημικοί είναι σε θέση να συνθέσουν μακριές αλυσίδες, των οποίων η σειρά είναι στατιστικά τυχαία. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει την παραγωγή αλληλουχιών που, εκ φύσεως, πληρούν την απαίτηση τέλειας τυχαιότητας που απαιτείται από τη μέθοδο OTP.
Για να δημιουργηθεί το κλειδί, οι επιστήμονες μετατρέπουν τις αλληλουχίες DNA σε δυαδικά δεδομένα (bits), τα οποία χρησιμοποιούνται για την κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση των μηνυμάτων. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα όπου ακόμη και αν κάποιος υποκλέψει την επικοινωνία, δεν μπορεί να τη σπάσει χωρίς πρόσβαση στο φυσικό δείγμα DNA.
Ένα ακόμη εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι η μέθοδος δεν εξαρτάται από την απόσταση: τα δύο μέρη μπορούν να βρίσκονται οπουδήποτε στον κόσμο, αρκεί να έχουν το ίδιο βιολογικό «κλειδί». Δεδομένου ότι τα θραύσματα DNA παραδίδονται φυσικά εκ των προτέρων, η διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε οι συνομιλητές βρίσκονται στον ίδιο χώρο, σε αντίθετες ηπείρους είτε, θεωρητικά, εάν ένας από αυτούς βρίσκεται στη Σελήνη.
Αυτό το χαρακτηριστικό δίνει στη μέθοδο ένα πλεονέκτημα ακόμη και έναντι της κβαντικής κρυπτογραφίας, της οποίας τα συστήματα κβαντικής κατανομής κλειδιού (QKD) περιορίζονται από την εξασθένηση σήματος στις οπτικές ίνες και απαιτούν αξιόπιστους επαναλήπτες για πολύ μεγάλες αποστάσεις.
Το πολυμερές προσφέρει απαράμιλλη πυκνότητα και σταθερότητα αποθήκευσης πληροφοριών. Όταν συντηρείται σωστά, μπορεί να παραμείνει άθικτο για χιλιετίες και μόλις λίγα χιλιοστόγραμμα αυτού του υλικού είναι αρκετά για να αποθηκεύσουν exabytes δυαδικών πληροφοριών, χωρητικότητα ισοδύναμη με ένα εκατομμύριο συμβατικούς σκληρούς δίσκους.
Ωστόσο, στον τομέα της ασφάλειας η μεθοδολογία επιδεικνύει τα ισχυρότερα διαπιστευτήριά της. Οι επιστήμονες έχουν υποβάλει το σύστημα σε διάφορα σενάρια επίθεσης και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ακόμη και αν το DNA που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των κλειδιών υποκλαπεί, το κανάλι επικοινωνίας θα παραμείνει απαραβίαστο.
Η εξήγηση έγκειται στην ίδια τη φύση του μέσου. Δεδομένου ότι υπάρχουν μόνο δύο πανομοιότυπα αντίγραφα κάθε αλληλουχίας DNA – το ένα στην κατοχή του αποστολέα και το άλλο στον παραλήπτη – οποιοδήποτε τμήμα του κλειδιού που θα μπορούσε να κλαπεί δεν θα επαναχρησιμοποιηθεί από τους ανταποκριτές, διασφαλίζοντας έτσι την αρχή της μίας χρήσης.
Σε ένα πιο σύνθετο σενάριο, εάν ένας εισβολέας προσπαθούσε να ενισχύσει τα υποκλαπέντα δείγματα χρησιμοποιώντας μοριακές τεχνικές για να αποκτήσει πολλαπλά αντίγραφα πριν τα επιστρέψει στους νόμιμους κατόχους τους, αυτός ο χειρισμός θα άφηνε ένα ίχνος. Η διαδικασία ενίσχυσης θα άλλαζε τον αριθμό των αντιγράφων κάθε τμήματος, δημιουργώντας ποσοτικές ανωμαλίες που ανιχνεύονται εύκολα από τον αποστολέα και τον παραλήπτη μέσω μιας απλής μέτρησης. Υποψιαζόμενοι παραβίαση, οι ανταποκριτές απλώς θα επέλεγαν να μην χρησιμοποιήσουν αυτά τα κλειδιά, διατηρώντας την ακεραιότητα του συστήματος.
Αυτός ο συνδυασμός εγγενούς τυχαιότητας, ανεξαρτήτου απόστασης, φυσικής σταθερότητας και μηχανισμών ανίχνευσης παρεμβολών προσδίδει στη μέθοδο που αναπτύχθηκε από τη γαλλο-ιαπωνική συνεργασία μία μοναδική πρωτιά: την καθιστά τη μόνη οικογένεια κρυπτογραφικών αλγορίθμων που προσφέρει άνευ όρων ασφάλεια, μαθηματικά αποδεδειγμένη, ανεξάρτητα από την υπολογιστική ισχύ του εχθρού.
Μετά από επιτυχημένη δοκιμή σε πραγματικές συνθήκες, οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η τεχνική ανοίγει συγκεκριμένες προοπτικές για την προστασία των πιο ευαίσθητων επικοινωνιών σε διπλωματικούς, στρατιωτικούς και επιστημονικούς τομείς. Μακροπρόθεσμα, οι εφαρμογές της θα μπορούσαν να επεκταθούν σε ακραία περιβάλλοντα, όπως οι διαστημικές επικοινωνίες ή η προστασία κρίσιμων ψηφιακών υποδομών.
Σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε εδώ
photo: pixabay
