Criptografía de ADN

La criptografía es la rama de la ciencia que se ocupa de la codificación de información con el fin de ocultar mensajes. Desempeña un papel vital en la infraestructura de seguridad de las comunicaciones. El trabajo pionero fue realizado por Ashish Gehani et al y Amin et al después de que Leonard Max Adleman demostrara la capacidad de computación molecular en 1994. Esto allanó el camino para la computación de ADN. DNA Cryptology combina criptología y biotecnología moderna. 

¿Por qué criptografía de ADN? 
 

• La criptografía de ADN es una de las tecnologías en rápida evolución en el mundo. 
• Adelman mostró al mundo cómo se puede utilizar para resolver problemas complejos como el problema de la ruta de Hamilton dirigida y el problema NP-completo (por ejemplo , el problema del viajante de comercio ). Por lo tanto, los usuarios pueden diseñar e implementar algoritmos criptográficos más complejos. 
• Trae nuevas esperanzas para romper algoritmos irrompibles. Esto se debe a que la computación de ADN ofrece más velocidad, almacenamiento mínimo y requisitos de energía. 
• El ADN almacena la memoria a una densidad de aproximadamente 1 bit/nm3 donde los medios de almacenamiento convencionales requieren 1012 nm3/bit. 
• No se requiere energía para el cálculo del ADN mientras se lleva a cabo el cálculo. 
• Sorprendentemente, un gramo de ADN contiene 1021 bases de ADN que equivalen a 108 TB de datos. De ahí que pueda almacenar todos los datos del mundo en unos pocos miligramos. 
   

La criptografía de ADN se puede definir como la ocultación de datos en términos de secuencia de ADN. Al igual que los algoritmos RSA y DES, en la criptología del ADN, los usuarios tienen algoritmos de ADN como «Sistema de clave pública que utiliza el ADN como una función unidireccional para la distribución de claves», «Sistema de criptografía de ADNC», Sistemas de esteganografía de ADN, Criptografía de ADN de triple etapa, Cifrado algoritmo inspirado en el ADN y la computación caótica. 

Entonces, ¿cómo se codifican los datos en una hebra de ADN que se compone principalmente de 4 bases nitrogenadas, a saber: 

1. Adenina (A) 
2. Timina (T) 
3. Citosina (C) 
4. Guanina (G) 
    

La forma más fácil de codificar es representar estas cuatro unidades como cuatro cifras: 

A(0) –00
T(1) –01
C(2)–10
G(3)–11 

• Según estas reglas de codificación, hay 4!=24 métodos de codificación posibles. Basado en algunos principios como A y G forman pares mientras que T y C forman pares. 
• De esos 24 métodos, solo 8 coinciden con la regla de emparejamiento de ADN, pero el mejor esquema de codificación es 0123/CTAG. 
   

Así que ahora convertimos nuestro número inicial en una secuencia de A, T, G y C teóricamente. Luego, esto se implementa físicamente utilizando varias técnicas de síntesis de ADN, como la síntesis química de oligonucleótidos y las plataformas de síntesis de oligonucleótidos (esto incluye la síntesis de oligonucleótidos basada en columnas, la síntesis de oligonucleótidos basada en arrays, la síntesis de genes y strings complejas y la corrección de errores). 

Tomemos un ejemplo del clásico XOR One Time Pad y veamos cómo se implementa usando criptografía de ADN: 

Ejemplo: Sea M el mensaje y K la clave. El texto cifrado se obtiene encontrando M xor K = C. El usuario puede obtener nuevamente el mensaje codificado haciendo: C xor K = M xor K xor K= M. Por lo tanto, obtenga nuestro mensaje original. Los pasos a seguir para implementarlo son: 
 

1. El mensaje y la clave OTP se convierten a bits ASCII 
2. Se agrega Zero Padding al mensaje y a la clave para que el tamaño de sus códigos binarios sea uniforme. 
3. El mensaje y la clave son XORed juntos 
4. La salida XOR se representa en formato de bases de ADN. Este es nuestro texto cifrado. 
    

El proceso de descifrado implica los siguientes procesos y, por lo tanto, también es propenso a las escuchas: 

1. Todas las bases de ADN se transforman en bits. 
2. Luego, estos bits se someten a XOR con los bits de clave OTP para reproducir el texto sin formato original. 
3. Este texto así obtenido en formato binario se convierte luego en una secuencia de caracteres ASCII. 
    

De manera similar, los usuarios pueden implementar otros algoritmos criptográficos como AES e incluso DES. En lugar de almacenar datos como una secuencia de 0 y 1, almacenarlos como una secuencia de bases nitrogenadas. El almacenamiento de información en forma de ADN nos permite almacenar una gran cantidad de datos en un área pequeña.