ZAT-DNA: впервые создана система защиты от копирования для ДНК-хранилищ данных

Коллаборация исследователей из Тяньцзиньского университета, Китайской академии наук (CAS) и сингапурского Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A-STAR) представила инновационную технологию ZAT-DNA. Это решение нейтрализует критический недостаток молекулярных архивов — их уязвимость перед несанкционированным тиражированием. Согласно отчету, опубликованному в издании Nature Communications, новая разработка позволяет генерировать физически уникальные молекулы, исключающие возможность их воспроизведения с помощью классической полимеразной цепной реакции (ПЦР). Таким образом, ДНК трансформируется из пассивного хранилища данных в защищенную систему с аппаратной верификацией прав доступа, реализованной на уровне молекулярной архитектуры.

Исторически ДНК рассматривалась как идеальный накопитель благодаря беспрецедентной плотности записи, однако любой обладатель физического образца мог легко и многократно дублировать его посредством ПЦР. Исследователи нашли способ эксплуатации природных ограничений ферментов для создания молекулярного эквивалента системы управления цифровыми правами (DRM). Инновация заключается в замещении стандартного нуклеотида аденина (A) синтетическим аналогом — 2-аминоаденином (Z). Ферменты ДНК-полимеразы, ответственные за репликацию генетического материала, из-за специфики своего строения не способны различить эти основания. При попытке амплификации (копирования) фермент ошибочно подставляет обычный аденин на места, где должен находиться «Z». Как следствие, исходная уникальная последовательность нуклеотидов безвозвратно искажается, превращая копию в биологический «шум».

Декодирование записанной информации возможно исключительно с помощью нанопорового секвенирования. В процессе этого метода молекула ДНК проходит через миниатюрную пору в мембране, а чувствительные сенсоры фиксируют изменения электропроводности. Только данная технология обладает необходимой точностью, позволяющей дифференцировать физико-химические свойства «A» и «Z». Это формирует закрытый контур безопасности: синтезировать носитель может специализированная лаборатория, доступ к чтению данных ограничен наличием специфического оборудования, а возможность клонирования сведена к нулю.

В ходе успешных экспериментов специалисты применили данную систему для кодирования 64-битных криптографических ключей, которые были считаны впоследствии с абсолютной точностью.

Для масштабирования технологии авторы предложили архитектуру Babel-DNA. В рамках этой модели основной массив данных (будь то медиафайлы или базы данных) размещается в виде обширных пулов стандартной, экономичной ДНК в зашифрованном виде. Доступ к этой информации невозможен без мастер-ключа, закодированного в уникальной молекуле ZAT-DNA. Подобная гибридная схема открывает возможности для создания иерархических баз данных с предельно строгим контролем доступа.

Данное достижение переводит ДНК-накопители из разряда теоретических концепций в область практической кибербезопасности, предлагая фундаментальное решение для защиты NFT-активов и секретной государственной информации непосредственно на физическом уровне носителя.

Источник: iXBT