Proteggere arte e password con la biochimica

Gli esperti di sicurezza temono il Q-Day, il giorno in cui i computer quantistici diventeranno così potenti da poter decifrare le password di oggi. Alcuni esperti stimano che ci vorranno meno di dieci anni prima che ciò accada. I controlli delle password si basano su funzioni crittografiche unidirezionali che calcolano un valore in uscita da un valore in entrata. In questo modo è possibile verificare la validità di una password senza trasmettere la password stessa. La funzione unidirezionale converte la password in un valore di uscita che può essere utilizzato, ad esempio, per verificarne la validità nell'online banking. La particolarità delle funzioni unidirezionali è che non è possibile dedurre il valore di ingresso, cioè la password, dal valore di uscita. Almeno non con i metodi attuali. Tuttavia, in futuro i computer quantistici potrebbero facilitare questo calcolo a ritroso.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo presentano ora una funzione crittografica unidirezionale che funziona in modo diverso da quella attuale e sarà sicura anche in futuro. I dati non vengono elaborati con operazioni aritmetiche, ma memorizzati come una sequenza di blocchi di DNA.

Basato sul caso reale

"Il nostro sistema si basa su una vera casualità. I valori di ingresso e di uscita sono fisicamente collegati e si può arrivare solo dall'ingresso al valore di uscita, non viceversa", spiega Robert Grass, professore del Dipartimento di chimica e scienze biologiche applicate. "Poiché si tratta di un sistema fisico e non digitale, non può essere decodificato da un algoritmo, nemmeno da un computer quantistico", aggiunge Anne Lüscher, dottoranda del gruppo di Grass. ? la prima autrice dell'articolo, pubblicato sulla rivista pagina esternaComunicazioni su Nature ha pubblicato.

Con il nuovo sistema, i ricercatori hanno anche creato un modo a prova di falsificazione per certificare l'autenticità di oggetti di valore come le opere d'arte. La tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per tracciare materie prime e prodotti industriali.

Come funziona

La nuova funzione biochimica monouso si basa su un pool di cento milioni di molecole di DNA diverse. Ogni molecola contiene due sezioni con una sequenza casuale di blocchi di DNA: una sezione per il valore di ingresso e una per il valore di uscita. Nel pool ci sono diverse centinaia di copie identiche di ciascuna di queste molecole di DNA, e il pool può anche essere diviso in più pool. Questi sono identici perché contengono le stesse molecole di DNA casuali. I pool possono essere situati in luoghi diversi, oppure possono essere incorporati in oggetti.

Chiunque possieda un pool di DNA di questo tipo ha il controllo del sistema di sicurezza. Utilizzando la reazione a catena della polimerasi (PCR), è possibile testare una chiave o un valore di input - una breve sequenza di blocchi di DNA. Durante la PCR, questa chiave cerca nel pool di centinaia di milioni di molecole di DNA la molecola con il valore di ingresso corrispondente; la PCR amplifica quindi il valore di uscita situato sulla stessa molecola. Il sequenziamento del DNA viene utilizzato per rendere leggibile il valore di uscita.

A prima vista, il principio sembra complicato. "Tuttavia, produrre molecole di DNA con casualità intrinseca è semplice ed economico", spiega Grass. I costi di produzione per un pool di DNA che può essere suddiviso sono probabilmente inferiori a un franco. La lettura del valore di output mediante sequenziamento del DNA è più lunga e costosa. Tuttavia, l'attrezzatura necessaria è oggi disponibile in molti laboratori di biologia.

L'ETH di Zurigo ha iscritto una domanda di brevetto per la nuova tecnologia. I ricercatori vogliono ora ottimizzarla ulteriormente e svilupparla fino alla maturità del mercato. Poiché l'uso del metodo richiede un'infrastruttura di laboratorio specializzata, gli scienziati vedono attualmente l'applicazione della verifica delle password principalmente per beni altamente sensibili o per l'accesso a edifici con norme di accesso restrittive. Prima che la tecnologia possa essere utilizzata anche per verificare le password nella società in generale, il sequenziamento del DNA in particolare dovrebbe diventare più semplice.

Proteggere i beni di valore e le catene di fornitura

L'idea di utilizzare la tecnologia per la certificazione a prova di falsificazione delle opere d'arte è un po' più matura. Ad esempio, se esistono dieci copie di un dipinto, l'artista può contrassegnarle con il pool di DNA: Ad esempio, può mescolare il DNA alla vernice, spruzzarlo sull'opera o fissarlo in un punto specifico.

Se in seguito diversi proprietari desiderano che l'autenticità di queste opere d'arte sia confermata, possono unire le forze, concordare una chiave (cioè un valore di ingresso) ed eseguire il test del DNA. Se il test produce lo stesso valore in uscita in tutti i casi, tutti gli esemplari testati sono autentici. La nuova tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per collegare valori crittografici come gli NFT, che esistono solo nel mondo digitale, a un oggetto e quindi al mondo fisico.

Inoltre, anche le catene di fornitura di beni industriali o materie prime potrebbero essere tracciate a prova di falsificazione. "L'industria aeronautica, ad esempio, deve essere in grado di dimostrare che utilizza solo componenti originali. La nostra tecnologia può garantire la tracciabilità", afferma Grass. Il metodo potrebbe essere utilizzato anche per etichettare l'autenticità di farmaci o cosmetici originali.