Los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN generan 15 millones de gigabytes de datos al año. Eso es una gran cantidad de datos digitales para inscribir en discos duros o transmitir a la "nube".
George Bachand, un bioingeniero de Sandia National Laboratories en el Centro de Nanotecnologías Integradas, está explorando un método mejor y más permanente para cifrar y almacenar datos confidenciales: el ADN. En comparación con el almacenamiento de información digital y analógica, el ADN es más compacto y duradero y nuncase vuelve obsoleto. Se extrajo ADN legible de los restos de un caballo de 600.000 años de antigüedad hallados en el Yukón.
El almacenamiento de datos en cinta y en disco se degrada y puede volverse obsoleto, por lo que es necesario reescribirlo cada década más o menos. El almacenamiento en la nube o en servidor requiere una gran cantidad de electricidad; en 2011, las granjas de servidores de Google utilizaron suficiente electricidad para abastecer a 200.000 hogares de EE. UU.. Además, los métodos de la vieja escuela requieren mucho espacio. IBM estimó que 1.000 gigabytes de información en forma de libro ocuparían siete millas de estanterías. De hecho, Sandia completó recientemente un edificio de 15.000 pies cuadrados para almacenar 35.000 cajas deregistros y documentos de archivo.
"Históricamente, los laboratorios nacionales y el gobierno de EE. UU. Tienen una gran cantidad de información altamente segura que necesitan para almacenar a largo plazo. Veo esto como una forma potencialmente sólida de almacenar información clasificada en el futuro para preservarla durante varias generaciones,", dijo Bachand." La clave es cómo pasar del texto al ADN y hacerlo de una manera segura ".
Bachand se inspiró en la grabación de todos los sonetos de Shakespeare en 2,5 millones de pares de bases de ADN, aproximadamente la mitad del genoma de la pequeña bacteria E. coli. Con este método, el grupo del Instituto Europeo de Bioinformática podría, teóricamente, almacenar 2,2 petabytesde información - 200 veces el material impreso en la Biblioteca del Congreso - en un gramo de ADN.
Marlene Bachand, ingeniera biológica de Sandia y la esposa de George Bachand, agregó: "Estamos aprovechando un componente biológico, el ADN, y utilizando su capacidad única para codificar enormes cantidades de datos en un volumen extremadamente pequeño para desarrollar construcciones de ADN quese puede utilizar para transmitir y almacenar grandes cantidades de datos cifrados con fines de seguridad ".
El proyecto de The Bachands, financiado por el programa de investigación y desarrollo dirigido por el laboratorio de Sandia, se ha trasladado con éxito de la mesa de dibujo al membrete. Con una clave de cifrado prácticamente irrompible, el equipo ha codificado una versión abreviada de una carta histórica escrita por el presidente Harry Trumanen ADN. Luego hicieron el ADN, lo colocaron en papel con membrete de Sandia y lo enviaron por correo, junto con una carta convencional, por todo el país. Después del viaje a través del país de la carta, los Bachand pudieron extraer el ADN del papel, amplificar y secuenciar el ADN, y decodificar el mensaje en aproximadamente 24 horas a un costo de aproximadamente $ 45.
Cifrar texto en ADN y producir el mensaje
Para lograr esta prueba de principio, el primer paso fue desarrollar el software para generar la clave de cifrado y cifrar el texto en una secuencia de ADN. Andrew Gomez trabajó en esto mientras era pasante en Sandia; ahora está en SeniorScientific, una empresa de nanomedicina del Parque Científico y Tecnológico de la Universidad de Nuevo México.
El ADN se compone de cuatro bases diferentes, comúnmente referidas por sus abreviaturas de una letra: A, C, G y T. Usando un código de tres bases, exactamente cómo los organismos vivos almacenan su información, 64 caracteres distintos: letras,espacios y puntuación: se pueden codificar, con espacio para la redundancia.
Por ejemplo, los espacios constituyen un promedio del 15 al 20 por ciento de los caracteres en un documento de texto, una clave de cifrado podría especificar que TAG, TAA y TGA codifiquen cada "espacio", mientras que GAA y CTC podrían codificar "E".Esto reduciría la cantidad de repetición, técnicamente desafiante para hacer y leer ADN, y dificultaría la piratería por fuerza bruta.
La primera prueba del equipo fue codificar un mensaje de 180 caracteres, aproximadamente del tamaño de un tweet. Codificar el mensaje en 550 bases fue fácil; en realidad, hacer el ADN fue difícil.
"Nuestro enfoque inicial era muy caro, requería mucho tiempo y no funcionó", dijo George Bachand. Sin embargo, "ha surgido una nueva tecnología que ha creado la capacidad de tomar ADN sintético, lo que se llama bloques de genes yunirlos en estos cromosomas artificiales. Estos cambios acaban de ocurrir en los últimos años, lo que lo ha hecho bastante extraordinario. Ahora es posible hacer fácilmente estos bloques de genes directamente en la mesa y se puede hacer en grandes cantidades-escala bastante rápido ".
Identificación de posibles aplicaciones de seguridad nacional
Desde que codificaron, hicieron, leyeron y decodificaron exitosamente el mensaje de 180 caracteres y la letra Truman de 700 caracteres, los Bachands ahora están trabajando en secuencias de prueba aún más largas. Sin embargo, lo que los Bachands realmente quieren hacer es ir más allá de las pruebas y aplicarsu técnica a los problemas de seguridad nacional.
"Hemos logrado la prueba de principio. Sí, es posible. Ahora el gran desafío para nosotros es identificar las aplicaciones potenciales", dijo George Bachand. "Usar el ADN para almacenar información es genial, es ciencia ficción-y, pero la verdadera pregunta ¿es realmente bueno para algo? ¿Puede realmente suplantar la tecnología actual y hacia dónde nos dirigimos en el futuro? "
Dos posibles aplicaciones que el equipo ha identificado son el almacenamiento de documentos clasificados históricos y componentes electromecánicos de códigos de barras / marcas de agua, como chips de computadora fabricados en el complejo de Aplicaciones de Microsistemas y Ciencias de la Ingeniería, las instalaciones de fabricación certificadas por el Departamento de Defensa de Sandia, antes del almacenamiento.
George Bachand imagina codificar el historial de cada componente, cuando se fabricó, el número de lote, el material de partida, incluso los resultados de las pruebas de confiabilidad, en el ADN y colocarlo en el chip real. En lugar de tener que encontrar el número de serie ybuscar esos metadatos en una base de datos digital o en papel, los futuros ingenieros podrían limpiar el chip, secuenciar el ADN y obtener esa información de una manera prácticamente a prueba de manipulaciones
Para probar la viabilidad, Marlene Bachand detectó un equipo de laboratorio con un mensaje de prueba y pudo recuperar y decodificar el mensaje, incluso después de meses de uso diario y limpieza de rutina. El ADN manchado en componentes electrónicos y almacenado en ambientes frescos y oscuros podría serrecuperable durante cientos de años.
Otra aplicación más sencilla para el método de almacenamiento de ADN de Bachands sería para documentos clasificados históricos o a los que se accede con poca frecuencia. El ADN requiere mucho menos mantenimiento que el almacenamiento en disco o cinta y no necesita mucha electricidad o toneladas de espacio comoalmacenamiento en la nube o en papel. Pero la conversión de documentos en papel en ADN requiere el proceso "engorroso" de escanear, cifrar y luego sintetizar el ADN, admitió George Bachand. Hacer el ADN es la parte más cara del proceso, pero el costoha disminuido sustancialmente en los últimos años y debería seguir disminuyendo.
"Espero que este proyecto progrese y amplíe el alcance biológico y la naturaleza de los proyectos aquí en Sandia. Creo que el campo de la biomimetismo no tiene fronteras. Dados todos los problemas con el cifrado roto y las violaciones de datos, esta tecnología podría proporcionar un caminopara abordar estos problemas de seguridad oportunos y cada vez mayores ", dijo Marlene Bachand.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios Nacionales Sandia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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