De opkomende wetenschap van DNA-cryptografie

Moleculair biologen hebben lang gedacht aan DNA als een informatieopslagapparaat. Het lichaam verwerkt deze informatie met een indrukwekkende reeks computermachines die we sinds de jaren negentig hebben gebruikt om enkele van onze eigen berekeningen uit te voeren.

DNA-computing is misschien niet snel, maar het is enorm parallel. Met de juiste soort opstelling heeft het de potentie om enorme wiskundige problemen op te lossen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat DNA-computing een serieuze bedreiging vormt voor verschillende krachtige versleutelingsschema's zoals de Data Encryption Standard (DES).

Maar als DNA kan worden gebruikt om codes te breken, kan het ook worden misbruikt om gegevens te versleutelen. Verschillende groepen hebben voorgesteld om de sequentie van nucleotiden in DNA (A voor 00, C voor 01, G voor 10, T voor 11) alleen voor dit doel te gebruiken. Een idee is om niet eens de moeite te nemen om de informatie te versleutelen, maar deze simpelweg in het DNA te begraven, zodat het goed verborgen is, een techniek die DNA-steganografie wordt genoemd.

Maar dat klinkt allemaal te simpel voor Nang King, een onafhankelijke onderzoeker die vandaag een geheel nieuwe benadering voorstelt op basis van de manier waarop informatie uit DNA in cellen wordt verwerkt. De verwerking werkt in twee fasen, transcriptie en translatie genaamd.

Bij transcriptie wordt een DNA-segment dat een gen vormt, omgezet in boodschapper-RNA (mRNA) dat uit de kern en in het lichaam van de cel zweeft. dit gebeurt pas nadat de niet-coderende delen van het gen zijn verwijderd en de resterende sequenties weer aan elkaar zijn gesplitst.

Bij vertaling lezen moleculaire computers, ribosomen genaamd, de informatie die mRNA bevat en gebruiken deze om aminozuren te assembleren tot eiwitketens.

Dit is een eenrichtingsproces. Informatie kan worden overgedragen van DNA naar een eiwit, maar het kan niet terug worden omgezet. Er zijn verschillende redenen. Hoe zou dit proces weten waar de niet-coderende gebieden van DNA die oorspronkelijk waren uitgesneden, opnieuw moesten worden ingebracht of waaruit deze niet-coderende sequenties in de eerste plaats zouden hebben bestaan?

Het idee van Nang is dat Alice haar boodschap codeert in de originele DNA-sequentie en deze laat transcriberen en vertalen. Het resulterende eiwit is dan als een openbare sleutel die via een openbaar kanaal naar Bob kan worden verzonden. Ondertussen stuurt Alice Bob de geheime sleutel die bestaat uit de informatie die hij nodig heeft om het DNA weer in elkaar te zetten, zoals de locatie van de niet-coderende regio's die opnieuw moeten worden ingebracht.

Nang zegt dat deze vorm van cryptografie verrassend veilig is voor een aantal krachtige aanvallen. Maar hij wijst ook op verschillende zwakke punten, zoals dat de encryptie steeds moeilijker wordt als er complexere sleutels worden gebruikt.

Maar het wekt zeker de interesse. En als een extra wapen in het arsenaal van de cryptograaf, is het zeker een idee dat verdere studie waard is.

Referentie: arxiv.org/abs/0903.2693 : Een pseudo-DNA-cryptografiemethode

zich verstoppen