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Ciência

O poder do DNA para geração de números aleatórios na criptografia

Os verdadeiros números aleatórios são necessários em campos tão diversos como máquinas caça-níqueis e criptografia de dados. Esses números precisam ser verdadeiramente aleatórios (diferente da pseudo aleatoriedade), de modo que não possam ser previstos por pessoas com conhecimento detalhado do método usado para gerá-los. Via de regra, eles são gerados usando métodos físicos. Por exemplo, graças aos menores movimentos de elétrons de alta frequência, a resistência elétrica de um fio não é constante, mas flutua levemente de uma maneira imprevisível. Isso significa que as medições desse ruído podem ser usadas para gerar verdadeiros números aleatórios.

Agora, pela primeira vez, uma equipe de pesquisa liderada por Robert Grass, professor do Instituto de Química e Bioengenharia, descreveu um método não físico de gerar tais números: um que usa sinais bioquímicos e realmente funciona na prática, publicado na Nature Communications. No passado, as ideias apresentadas por outros cientistas para gerar números aleatórios por meios químicos tendiam a ser amplamente teóricas.
Para esta nova abordagem, os pesquisadores aplicaram um método de pesquisa química frequentemente empregado por muitos anos à síntese de DNA usado para produzir uma sequência de DNA definida com precisão. Nesse caso, entretanto, a equipe de pesquisa construiu moléculas de DNA com 64 posições de blocos de construção, nas quais uma das quatro bases do DNA (A, C, G e T) foi localizada aleatoriamente em cada posição. Os cientistas conseguiram isso usando uma mistura dos quatro blocos de construção, em vez de apenas um, em cada etapa da síntese. Como resultado, uma síntese relativamente simples produziu uma combinação de aproximadamente três quatrilhões de moléculas individuais. Os cientistas posteriormente usaram um método eficaz para determinar a sequência de DNA de cinco milhões dessas moléculas. Isso resultou em 12 megabytes de dados, que os pesquisadores armazenaram como zeros e uns em um computador.

No entanto, uma análise mostrou que a distribuição dos quatro blocos de construção A, C, G e T não era completamente uniforme. Tanto as complexidades da natureza quanto o método de síntese implantado levaram as bases G e T a serem integradas com mais frequência nas moléculas do que A e C. Porém, os cientistas foram capazes de corrigir esse viés com um algoritmo simples, gerando números aleatórios perfeitos. O objetivo principal do Professor Grass e sua equipe foi mostrar que ocorrências aleatórias em reações químicas podem ser exploradas para gerar números aleatórios perfeitos. Traduzir a descoberta em uma aplicação direta não foi a principal preocupação no início. “Comparado com outros métodos, no entanto, o nosso tem a vantagem de ser capaz de gerar grandes quantidades de aleatoriedade que podem ser armazenadas em um espaço extremamente pequeno, um único tubo de ensaio”, diz Grass. “Podemos ler as informações e reinterpretá-las em formato digital posteriormente. Isso é impossível com os métodos anteriores.”

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Os pesquisadores obtiveram 7 milhões de GB de aleatoriedade em uma execução de síntese, que pode ser lida usando tecnologias de sequenciamento de última geração a taxas de ca. 300 kB/s. O DNA, como um meio físico contendo aleatoriedade, pode ser armazenado e preservado por milênios. Devido à alta densidade de aleatoriedade do DNA, ele pode ser transportado física ou digitalmente para qualquer local desejado. A complexidade do DNA é tão alta que estratégias emergentes incorporam diferentes métodos, como algoritmos de randomização e abordagens criptográficas, para decodificar a sequência genética de um indivíduo, por exemplo, no âmbito forense. 

Samuel Fernando
Publicado por

Divulgador, educador e pesquisador voluntário na área de neurociência computacional pela Universidade Federal do ABC. Polímata apaixonado pelos clássicos, visionário esperançoso e fundador da Nano X, iniciativa para promover a Manufatura Atomicamente Precisa (Nanotecnologia Molecular) em prol da Radical Abundância para o planeta prevista por Eric Drexler.

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