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黑客们监听合成DNA机器正在打印什么

When the cells inside your body lay down new tracks of DNA, they work hard not to deviate from the original blueprint—too many mistakes 可能导致癌症 or other diseases. Biologists synthesizing DNA in a lab are no different, only the 定制设计的遗传材料 their machines piece together arguably have more street value. They often contain the recipes for making new medicines and novel materials. Like, say, 实验室培养罐. Or 救命抗蛇毒药. Or the kinds of crystals that can 弯曲智能手机屏幕.

这些产品代表着尖端的学术研究,而精确的公式往往是企业的秘密。这就是为什么运营商通常保持DNA合成器离线的原因,以防止那些珍贵的AS、TS、CS和GS串的网络抢劫,这些串串说明了有利可图的新生物功能的指令。但是,一组生物黑客首次证明,通过简单地记录他们发出的声音,可以窃取和反向工程由DNA合成器缝合在一起的基因代码。

在上周举行的网络与分布式系统安全研讨会上,加州大学欧文分校和加州大学河滨分校的一组研究人员发表了一项新的研究成果,他们认为这项研究成果可能会危及正在兴起的合成生物学和基于DNA的数据存储行业。它还可能有重要的潜在反恐应用,用于监测可疑的机器,看看它们是否制造致命的病原体或其他生物武器。

DNA合成器通过促进一系列复杂的化学反应将基因序列串在一起。研究人员使用录音机收集了工艺阀门开启、注入液体、塑料管振动等过程中产生的噪音,然后利用机器学习模型,在序列中加入核苷酸后,为每个A、G、T和C挑选出独特的声学特征。

两天的录音足以训练算法,以86%的准确度推测未知的DNA串。通过将它们与现成的DNA测序软件相结合,研究人员将准确率提高到几乎100%,尤其是对于较长的序列。研究小组的一些成员对其他成员选择的DNA序列进行了测试,他们称之为寡头窥探。它们包括制造胰岛素(一种常用于药物开发的结合肽)的基因指令,以及锥虫毒素(一种在锥虫毒液中发现的致命蛋白质)。

虽然窃听攻击对任何一个工厂的企业间谍或潜在的生物恐怖分子来说都远不现实,但研究人员警告说,随着生物学逐渐成为一个强大的计算平台,像Nest Cams和语音助手这样的可窃听设备在自动化L中越来越普遍,随着时间的推移,这种攻击可能变得更为可能。AB设置。也许更重要的是,这是对物理生物世界和数字世界之间的墙如何相互倒塌的一个挑衅的展示。

加州大学欧文分校(UC Irvine)的计算机科学家穆罕默德•阿卜杜拉•阿尔•法鲁克(Mohammad Abdullah al-Faruque)说:“在过去的一个世纪里,无论是从电脑还是手机上窃取数据,都是直接窃取0和1。”但是随着更好的传感技术和机器学习使得从物理表现中收集网络信息变得越来越可能,al-faruque说,围绕敏感数据建立数字堡垒的旧方法已经不够了。“如果我能测量声学、热信号或系统的任何物理发射,我就可以用它来窃取计算数据,不管是0、1还是DNA串。”

你可能会问,为什么有人会为几个糟糕的碱基对而烦恼。但是读写DNA是一件大事。酵母菌、细菌和藻类越来越多地被投入到使用合成DNA的微型工厂中,从火箭燃料到处方类阿片类药物,这些工厂都被设计成可以吐出所有东西。公司花费数千万美元来开发这些产品,而要进入市场可能需要几十年的时间。在过去的一年里,利用专利基因代码设计微生物来生产新型分子的公司获得了近20亿美元的风险投资。上个月,当我试图访问其中一家最大的位于加利福尼亚州的Zymergen公司时,由于我拒绝签署保密协议,我预定的实验室参观被取消了。Zymergen的首席执行官JoshuaHoffman用这种方式向我解释了大量的谨慎:“我们致力于为客户提供重要的非公开信息。他们非常重视安全。我可能是唯一一个可以进入整个公司每个房间的人。”霍夫曼说,这是因为有些房间里充满了微观的、自我复制的知识产权,每个都价值2.5亿到10亿美元。

研究人员的发现也对新生的基于DNA的数据存储行业产生了重要的影响。加州大学河滨分校(UC Riverside)的计算机工程师Philip Brick于2016年首次提出了测试DNA合成器可破解性的想法,此前微软宣布正在探索用DNA替换硅以用于部分长期档案存储的可行性。那年晚些时候,在一个国家科学基金会上,他碰巧在Al Faruque旁边展示海报,他最近使用3D打印机的声音来确定它的设计原理图。“我们要讨论的是,在一个有DNA存储的世界里,保持数据安全意味着什么?轻快地说。

Brick和Al-Faruque决定对一个由应用生物系统制造的DNA合成器进行攻击,因为它在合成生物学界很受欢迎。据研究人员称,它和同一家公司生产的另一种型号占了该行业DNA制造机器的90%。拥有应用生物系统的赛默飞世尔公司(Thermo Fisher)没有回应置评请求。

虽然DNA合成器窥探是一个问题,或可能在未来,较新的DNA机器可能是较少的黑客。在其DNA数据存储项目的试点中,微软最明显地招募了湾区DNA制造商Twist Biosciences的服务,该公司使用了一种新型的打印技术,其速度远快于老式技术,同时输出数百或数千个碱基。其他初创公司正在研究如何在不使用现在使用的有害化学物质的情况下制造DNA,而不像你自己的身体那样依赖酶。研究人员说,这两种制造系统中的任何一种都可能更难进行声侧信道攻击,但不一定不可能。对于任何一个追求基于DNA的计算机存储或工程设计微生物来引爆下一种神奇药物的人来说,信息是明确的:在你用基因代码写任何东西之前,先看看还有谁在听。


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