在實(shí)驗(yàn)室的DNA合成過(guò)程中，可以記錄由合成機(jī)器產(chǎn)生的微妙的，明顯的噪音。這些捕獲的聲音可用??于逆向設(shè)計(jì)用于制藥，農(nóng)業(yè)和其他生物工程領(lǐng)域的有價(jià)值的，定制設(shè)計(jì)的遺傳材料。來(lái)自加利福尼亞大學(xué)歐文分校和加州大學(xué)河濱分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了對(duì)DNA合成過(guò)程進(jìn)行聲學(xué)側(cè)通道攻擊的可能性，這種脆弱性可能給生物技術(shù)和制藥公司以及學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

“幾年前，我們發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于竊取3D打印機(jī)制造物體藍(lán)圖的類似方法的研究，但這種對(duì)DNA合成器的攻擊可能要嚴(yán)重得多，”UCI電氣學(xué)副教授Mohammad Al Faruque說(shuō)。工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)。“在錯(cuò)誤的手中，DNA合成能力可能導(dǎo)致生物恐怖分子隨意合成炭疽等有害病原體。”

Al Faruque表示，他的實(shí)驗(yàn)室的發(fā)現(xiàn)也可能用于一個(gè)很好的事業(yè)：“政府機(jī)構(gòu)可以采用與監(jiān)測(cè)工具相同的技術(shù)來(lái)消除此類活動(dòng)的可能性。”

DNA合成器是一種復(fù)雜的機(jī)器，具有曲折的管道，流體儲(chǔ)存器，電磁閥和電路。化學(xué)品 - 由于密度不同而具有獨(dú)特的聲學(xué)特征 - 通過(guò)管道流動(dòng)，產(chǎn)生明顯的噪音，點(diǎn)擊閥門和壓力泵電機(jī)的嗡嗡聲。

“所有這些DNA合成器的內(nèi)部工作方式都會(huì)產(chǎn)生微妙但可區(qū)分的聲音特征，這些特征可以提供有關(guān)所產(chǎn)生的特定遺傳物質(zhì)的線索，”UCI電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生Sina Faezi說(shuō)。將在2月24日至27日在圣地亞哥舉行的網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)安全研討會(huì)上發(fā)表關(guān)于聲學(xué)側(cè)攻擊DNA合成器潛在威脅的論文。

他說(shuō)，在許多情況下，產(chǎn)生的聲音變化非常小，人們無(wú)法區(qū)分它們。“但通過(guò)仔細(xì)的特征工程和在[Al Faruque]實(shí)驗(yàn)室編寫的定制機(jī)器學(xué)習(xí)算法，我們能夠找出這些差異，”他說(shuō)。

根據(jù)Faezi的說(shuō)法，另一個(gè)使DNA合成信息被盜的因素是合成器本身的設(shè)計(jì)。“電磁閥不對(duì)稱地放置在外殼內(nèi)，因此當(dāng)閥門在盒子的一個(gè)角落工作時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生與在中間工作的閥門完全不同的噪音，”他說(shuō)。

如果黑客知道正在使用哪種設(shè)備型號(hào)，他們將會(huì)有更多的拼圖。

“任何活躍的機(jī)器都會(huì)發(fā)出某種形式的痕跡：物理殘留，電磁輻射，聲學(xué)噪聲等，”研究合作者，加州大學(xué)河濱分校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程副教授Philip Brisk說(shuō)。“這些痕跡中的信息量是巨大的，我們只能從我們可以學(xué)習(xí)的內(nèi)容和逆向工程方面達(dá)到冰山一角。”

UCI高級(jí)綜合網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Al Faruque補(bǔ)充說(shuō)，無(wú)處不在的錄音設(shè)備，如智能手機(jī)，使問(wèn)題更加普遍。

“讓我們說(shuō)你是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室工作的好人。我可以入侵你的手機(jī)并基本上劫持它以記錄我最終可以找回的聲音，”他說(shuō)。“此外，一些生物實(shí)驗(yàn)室的墻壁上安裝了聲學(xué)傳感器，更多人正在采用Google Home或Alexa等技術(shù) - 所有這些都可用于竊聽聲音。”

研究人員表示，通過(guò)他們的側(cè)通道攻擊方法，他們可以預(yù)測(cè)DNA序列中的每個(gè)堿基，準(zhǔn)確度達(dá)到88%，并且能夠完全可靠地重建短序列。他們說(shuō)，當(dāng)記錄設(shè)備放置在DNA測(cè)序機(jī)的幾英尺范圍內(nèi)時(shí)，它們的技術(shù)功能最佳，但即使存在來(lái)自空調(diào)或人們聲音的噪音，該算法也能正常工作。

Al Faruque強(qiáng)調(diào)，這種攻擊過(guò)于復(fù)雜，不適合小規(guī)模的犯罪分子或恐怖分子，但也不會(huì)超出國(guó)家行為者的能力范圍。風(fēng)險(xiǎn)很高：到2020年，合成生物制品的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到近400億美元。預(yù)計(jì)這一市場(chǎng)份額將會(huì)增長(zhǎng)，特別是在DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，重型技術(shù)公司正在尋求應(yīng)用。 。

Faezi指出，有一些方法可以防止窺探攻擊。機(jī)器設(shè)計(jì)人員可以以減輕不同聲音發(fā)射的方式安排管道和閥門，并且可以對(duì)DNA合成過(guò)程進(jìn)行混亂和隨機(jī)化，以阻止黑客拼湊知識(shí)產(chǎn)權(quán)。