Aπό τα ζάρια στο DNA: μια βιολογική γεννήτρια τυχαίων αριθμών

Posted on 26/11/2020

0


«Δεν υπάρχει ανώτερη μέθοδος επιλογής τυχαίων αριθμών από την ρίψη ζαριών» έγραφε ο Francis Galton στο περιοδικό Nature το … 1890 [«Dice for Statistical Experiments» ]. Μετά από 130 χρόνια, αφού βρέθηκαν πολλές και καλύτερες μέθοδοι, στο ίδιο περιοδικό οι ερευνητές Meiser et al στην εργασία τους με τίτλο “DNA synthesis for true random number generation”, προτείνουν άλλον έναν τρόπο δημιουργίας τυχαίων αριθμών βασισμένο στο DNA.

Βιολογική γεννήτρια τυχαίων αριθμών θα μπορούσε να αξιοποιηθεί στο Διαδίκτυο

Μέθοδο δημιουργίας τυχαίων αριθμών, οι οποίοι προκύπτουν από τις χημικές ενώσεις που συνθέτουν το DNA, ανέπτυξαν επιστήμονες

Από έναν δοκιμαστικό σωλήνα του εργαστηρίου ο οποίος περιέχει τους «δομικούς λίθους» του DNA μπορούν να προκύψουν τρία τετράκις εκατομμύρια τυχαίοι αριθμοί, σύμφωνα με έρευνα επιστημόνων με βάση το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (ΕΤΗ) στη Ζυρίχη. Σε άρθρο τους στην επιθεώρηση Nature Communications, οι ερευνητές περιγράφουν τον τρόπο με τον οποίο το γενετικό υλικό μπορεί να αξιοποιηθεί για να παράγει αριθμούς που θα μπορούσαν δυνητικά να χρησιμοποιηθούν ως κλειδιά για την κρυπτογράφηση δεδομένων στο Διαδίκτυο.

Τυχαίοι αριθμοί από τυχαία μόρια DNA

Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των αριθμών αυτών είναι ότι δεν μπορούν να προβλεφθούν, αφού παράγονται με απολύτως τυχαίο τρόπο. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν κυρίως φυσικές μεθόδους για να παράγουν τέτοιου είδους αριθμούς, αξιοποιώντας παραδείγματος χάριν τις διακυμάνσεις του ηλεκτρικού ρεύματος καθώς αυτό διαπερνά ένα καλώδιο. Τώρα είναι η πρώτη φορά που για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιήθηκε βιολογικό υλικό.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ως αρχική πηγή ένα διάλυμα το οποίο περιείχε όλα τα νουκλεοτίδια τα οποία αποτελούν τους «δομικούς λίθους» του DNA, δηλαδή την αδενίνη, τη θυμίνη, τη γουανίνη και την κυτοσίνη. Παράλληλα χρησιμοποίησαν ένα καλούπι με 64 θέσεις, στις οποίες προσκολλούταν ένα τυχαίο νουκλεοτίδιο τη φορά. Με αυτή τη μέθοδο, η οποία είναι παραπλήσια με τη μέθοδο με την οποία οι βιολόγοι συνθέτουν τεχνητά μόρια DNA, οι ερευνητές πήραν τρία τετράκις εκατομμύρια διαφορετικά τεχνητά μόρια. Έπειτα, προσδιόρισαν την ακριβή αλληλουχία πέντε χιλιάδων μορίων και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου «μετέφρασαν» την  αλληλουχία των χημικών βάσεων σε αλληλουχία των ψηφίων 0 και 1, στη γλώσσα δηλαδή των υπολογιστών.

Αριθμοί δυνητικά χρήσιμοι στην κρυπτογράφηση

Αν και μετέπειτα αναλύσεις έδειξαν ότι οι χημικές βάσεις γουανίνη και η θυμίνη είχαν ενσωματωθεί με μεγαλύτερη συχνότητα στα τεχνητά μόρια, χρησιμοποιώντας έναν διορθωτικό αλγόριθμο οι ερευνητές κατέστησαν τη διαδικασία πλήρως τυχαιοποιημένη. Όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες στη δημοσίευσή τους, ο τρόπος αυτός παραγωγής τυχαίων αριθμών θα μπορούσε στο μέλλον να αξιοποιηθεί για εφαρμογές κρυπτογράφησης.

Πάνος Τσιμπούκης – https://www.in.gr/2020/11/25/b-science/episthmes/viologiki-gennitria-tyxaion-arithmon-tha-mporouse-na-aksiopoiithei-sto-diadiktyo/