פריצת דרך בקריפטוגרפיה עם ביוכימיה
בעידן שבו אבטחה דיגיטלית נמצאת באיום תמידי של ההתקדמות בתחום המחשוב הקוונטי, חוקרים ב-ETH ציריך היו חלוצים בפתרון קריפטוגרפי שמבטיח לעמוד במבחן הזמן והטכנולוגיה. גישה חדשנית זו משלבת את תחומי הביוכימיה והקריפטוגרפיה, ומציגה פונקציה חד-כיוונית הממנפת את המורכבות של רצפי ה-DNA כדי להגן על מוצרים יקרי ערך, לאמת את האותנטיות של יצירות אמנות ולאבטח שרשראות אספקה מפני זיוף.
מומחי אבטחה ציפו זמן רב ל-Q-Day - תרחיש עתידי שבו למחשבים קוונטיים יהיה כוח מספיק כדי לפענח הגנות קריפטוגרפיות נוכחיות. הדבר עלול לחשוף את אמצעי האבטחה הדיגיטליים של היום כמיושנים. הפגיעות של פונקציות קריפטוגרפיות מסורתיות המסתמכות על פעולות אריתמטיות להמרת סיסמאות לערכי פלט למטרות אימות, מדאיגה במיוחד. פונקציות אלו, למרות שהן יעילות מול יכולות החישוב של ימינו, צפויות להיכנע לכוח האכזרי של המחשוב הקוונטי.
המחקר פורץ הדרך של ETH ציריך מציג פונקציה קריפטוגרפית ביוכימית החורגת באופן מהותי מהשיטות המקובלות. במקום לעבד נתונים באמצעות פעולות אריתמטיות, מערכת זו מקודדת מידע בתוך רצפי DNA, תוך שימוש באקראיות המובנית של נוקלאוטידים - אבני הבניין הכימיות של ה-DNA. "המערכת שלנו מבוססת על אקראיות אמיתית. ערכי הקלט והפלט מקושרים פיזית, לכן בלתי אפשרי לבצע הנדסה לאחור של הקלט מהפלט", מסביר פרופסור רוברט גראס שעומד בראש היוזמה לצד הדוקטורנטית אן לושר.
גישה ביוכימית זו מציעה הגנה חזקה מפני יכולות הפענוח של מחשבים קוונטיים עתידיים, שכן היא פועלת מחוץ לתחום האלגוריתמים והחישוב הדיגיטלי. מערכת האבטחה משתמשת במאגר עצום של מולקולות DNA, כל אחת משובצת ברצפים אקראיים התואמים לערכי קלט ופלט ייחודיים. תהליך תגובת שרשרת הפולימראז (PCR) מקל את אימות הערכים האלו ומבטיח קישור מאובטח ובלתי ניתן לזיוף בין התחום הפיזי לתחום הדיגיטלי.
ההשלכות המיידיות על מוצרים יקרי ערך ובקרת גישה לאזורים מוגבלים ברורות, אבל החוקרים כבר חושבים על יישומים רחבים יותר, כולל הסמכה מוגנת זיוף של יצירות אמנות ואיתור מאובטח של רכיבים תעשייתיים ומוצרים מקוריים. לדוגמה, אפשר לסמן יצירות אמנות בדיסקרטיות עם בריכות DNA המאפשרות אימות עתידי של האותנטיות שלהן באמצעות בדיקת DNA מוגדרת מראש. באופן דומה, טכנולוגיה זו יכולה להבטיח עקיבות של רכיבים מקוריים בתעשיות כגון תעופה, שבהן השימוש בחלקים מקוריים הוא קריטי.
ETH ציריך יזמה את תהליך הרישום של טכנולוגיה חדשנית זו כדי לשכלל ולהתאים אותה למוכנות לשוק. למרות שהצורך הנוכחי בתשתית מעבדה מיוחדת מגביל את היישום המיידי שלה לסחורות בעלות ערך גבוה ותרחישי גישה מאובטחת, הפוטנציאל ליישום רחב יותר גדל ככל שטכנולוגיית רצף ה-DNA נעשית נגישה יותר.
המיזוג של מדע וטכנולוגיה לא רק מבשר על עידן חדש באבטחה קריפטוגרפית אלא גם מדגים את הפוטנציאל הבלתי מוגבל של מחקר בין-תחומי בהתמודדות עם אתגרי העידן הדיגיטלי. ככל שאנו מתקדמים לעתיד שנשלט על ידי מחשוב קוונטי, החידוש מ-ETH ציריך הוא עדות ליכולת ההמצאה האנושית להתפתח ולהגן על שלמות העולמות הדיגיטליים והפיזיים שלנו.
