Числа из пробирки

Александр Гурьянов
(«ХиЖ», 2020, №12)

Передача больших массивов информации требует эффективного шифрования, которое невозможно без надежных и быстрых генераторов случайных чисел. Для генерации обычно используют различные физические явления, например дробовой шум резистора, радиоактивный распад либо изощренные математические алгоритмы создания псевдослучайных последовательностей. Последние не дают идеального результата и в принципе могут быть взломаны. Это сегодня может коснуться буквально каждого. Банковские системы безналичных расчетов, например, не могут обойтись без генераторов случайных чисел.

Прорыв в получении истинно случайных чисел недавно совершила группа ученых под руководством Роберта Грасса из Высшей технической школы Цюриха. Они приспособили для этого стандартный, но слегка модифицированный процесс синтеза ДНК. По заявке ученых две коммерческие фирмы из смеси четырех нуклеотидов синтезировали цепочки в 105 нуклеотидов; они содержали в себе затравочные последовательности (праймеры) и полностью случайные участки из 64 нуклеотидов. Поскольку каждому нуклеотиду можно приписать цифру, получались совершенно случайные числа из 
64 разрядов. Исследователи получили три заказанные порции сухого вещества по две десятых миллиграмма каждая и стандартным образом секвенировали молекулы этих порций, то есть прочитали нужные им последовательности нуклеотидов.

Оказалось, что средние содержания разных нуклеотидов в цепочках разных порций слегка различны. Были обнаружены и другие слабые, но систематические отклонения от стохастичности; видимо, они связаны с особенностями технологий и методов проведения реакций синтеза. После преобразования нуклеотидной последовательности в ряды нулей и единиц к ним был применен алгоритм сжатия фон Неймана, который устранил слабые отклонения. Полученные двоичные последовательности, подвергли анализу на случайность с помощью общепринятого пакета программ, реализующего пятнадцать различных тестов для анализа статистических свойств таких последовательностей.

Результат оказался блестящим. Новый метод позволяет получать в одном синтезе семь миллионов гигабайт случайных чисел, которые могут быть прочитаны стандартными технологиями со скоростью триста килобит в секунду. Уже единичный синтез дает рекордный запас сравнительно быстро извлекаемых истинно случайных чисел. Емкость с молекулами можно долго хранить, так как молекула ДНК очень устойчива. «Миллиграммы» чисел, которые нельзя воспроизвести, занимают минимальный по сравнению с другими методами объем. Изначально ученые планировали лишь изучить принципы нового биохимического формированию массивов случайных чисел из нуклеотидных последовательностей. Однако оказалось, что уже сейчас его можно применять на практике.

(Nature Communications, 11(1), 2020)



123

Разные разности

23.02.2021 16:00:00

Кобчик — маленький сокол, который прилетает к нам из Африки в мае. Однако его поголовье падает, и поэтому Союз охраны птиц России объявил его птицей 2021 года, года Кобчика.

>>
16.02.2021 16:00:00

Зима — самое время, когда можно эффективно расправляться с избыточным весом. Это выяснили канадские исследователи из Лаврентийского университета.

>>
08.02.2021 14:00:00

…разработан интерфейс, который позволяет мышам управлять курсором с помощью активности их мозга…

…беспрецедентное по продолжительности (четыре месяца) и интенсивности истощение стратосферного озона над Арктикой наблюдалось с января по апрель 2020 года…

…в Московской области впервые замечен инвазионный вид жука-долгоносика Polydrusus formosus, широко распространенный в Центральной и Южной Европе; в России встречался лишь в Крыму, но в 2015 году был обнаружен в Летнем саду Санкт-Петербурга…


>>
02.02.2021 16:00:00

Доцент философии из Хьюстонского университета задумался об истоках ошибок в системах искусственного интеллекта (ИИ). Интересно, что таинственные сбои зачастую фиксируют, а то и создают не сами исследователи, а другие системы ИИ.

>>
26.01.2021 16:00:00

Развитие ИИ привело к очень интересному явлению — так называемым глубоким выдумкам, или по-английски deepfake. О современном положении дел и об отношении общества к этому явлению рассказано в недавней статье Ахмеда Саифуддина из Наньянского технологического университета в Сингапуре

>>