ZAT-DNA: в хранилищах данных на базе ДНК впервые реализован механизм защиты от копирования
Междисциплинарная группа учёных из Тяньцзиньского университета, Китайской академии наук (CAS) и Агентства по науке, технологиям и исследованиям Сингапура (A-STAR) разработала технологию ZAT-DNA, которая устраняет главную уязвимость молекулярных архивов — их незащищённость от несанкционированного тиражирования. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Communications, новая система позволяет создавать физически уникальные молекулы, которые невозможно скопировать с помощью стандартной полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это превращает ДНК из простого контейнера для информации в защищенную информационную систему с аппаратным контролем доступа, работающим на уровне химической структуры.
До сих пор ДНК считалась идеальным носителем из-за колоссальной плотности записи, однако любой, кто получал доступ к физическому образцу, мог бесконечно и дёшево копировать его методом ПЦР. Авторы работы нашли способ использовать естественные ограничения природных ферментов для создания молекулярного аналога DRM (Digital Rights Management) — системы управления цифровыми правами. В основе технологии лежит замена канонического азотистого основания аденина (A) на его искусственный аналог — 2-аминоаденин (Z). ДНК-полимеразы, ферменты, отвечающие за копирование генетического кода, в силу своей химической природы не видят разницы между этими основаниями. При попытке ПЦР-амплификации (размножения) фермент ошибочно подставляет обычный аденин во все позиции, где должен быть «Z». В результате исходный специфический паттерн распределения оснований необратимо стирается, превращая любую копию в бесполезный набор молекул.
Иллюстрация: Nano BananaЧтение заложенной информации возможно исключительно методом нанопорового секвенирования — технологии, при которой молекула ДНК протягивается через микроскопическое отверстие (пору) в мембране, а электроника фиксирует изменения силы тока. Только этот метод обладает достаточным разрешением, чтобы физико-химически отличить структуру «A» от «Z». Таким образом, создаётся замкнутая экосистема безопасности: синтезировать носитель может любая лаборатория, прочитать — только владелец соответствующего оборудования, а успешно скопировать — никто.
Специалисты успешно протестировали систему, закодировав в некопируемой форме 64-битные криптографические ключи, которые были восстановлены без ошибок.
Для промышленного применения исследователи предложили архитектуру Babel-DNA. В этой схеме основной массив данных (например, изображения или базы данных) хранится в виде огромных пулов стандартной, дешёвой ДНК в зашифрованном виде. Доступ к этой информации невозможен без уникального мастер-ключа, записанного в виде нереплицируемой молекулы ZAT-DNA. Такая гибридная модель позволяет строить иерархические базы данных с жестким разграничением прав доступа.
Это открытие переводит технологию хранения данных в ДНК из области теоретических архивов в сферу практической кибербезопасности, предлагая решение для защиты невзаимозаменяемых токенов (NFT) и секретных государственных кодов на уровне самого физического носителя.
© iXBT
