{"id":16324638,"date":"2021-03-22T10:00:00","date_gmt":"2021-03-22T10:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/criticalbiomass.hu\/?p=16324638"},"modified":"2021-03-22T08:54:35","modified_gmt":"2021-03-22T08:54:35","slug":"dobj-egy-dntp-t-sebzesre-veletlenszamok-dns-sel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/?p=16324638","title":{"rendered":"„Dobj egy dNTP-t sebz\u00e9sre!” – V\u00e9letlensz\u00e1mok DNS-sel"},"content":{"rendered":"\n

Mire j\u00f3 egy v\u00e9letlensz\u00e1m?<\/h2>\n\n\n\n

A v\u00e9letlensz\u00e1mok gener\u00e1l\u00e1sa mindig is a h\u00e9tk\u00f6znapok szerves r\u00e9sz\u00e9t k\u00e9pezte. M\u00e1r az \u00f3kori Egyiptomb\u00f3l<\/a> \u00e9s Mezopot\u00e1mi\u00e1b\u00f3l<\/a> (i.e. 3000 k\u00f6rny\u00e9ke) is maradtak fenn olyan n\u00e9pszer\u0171 t\u00e1rsasok, ahol a fej-vagy-\u00edr\u00e1s<\/em> a j\u00e1t\u00e9k k\u00f6zponti mechanizmusa. Sokkal k\u00e9s\u0151bb m\u00e1r volt \u00e9letm\u0171v\u00e9sz, aki a fizikai Nobel-d\u00edjat a makao nev\u0171 k\u00e1rtyaj\u00e1t\u00e9kon nyerte el Noah Bertinus professzort\u00f3l. Az \u00e9n gimnazista \u00e9veimnek pedig legizgalmasabb pillanatai k\u00f6z\u00e9 sorolhat\u00f3, mikor d10<\/em>-esekkel (10 oldal\u00fa dob\u00f3kocka) eg\u00e9sz orkhord\u00e1kat tett\u00fcnk el l\u00e1b al\u00f3l, ha a sors nek\u00fcnk kedvezett. Akkor m\u00e9g ciki volt szerepj\u00e1t\u00e9kozni, azt\u00e1n j\u00f6tt a Tr\u00f3nok Harca \u00e9s a Stranger Things\u2026<\/p>\n\n\n\n

Manaps\u00e1g azonban a kocka \u00e9s \u00e9rme m\u00e1r nem el\u00e9g hat\u00e9kony. Sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes szimul\u00e1ci\u00f3k sor\u00e1n p\u00e9ld\u00e1ul m\u00e1sodpercenk\u00e9nt t\u00f6bb ezer random sz\u00e1mra is sz\u00fcks\u00e9g lehet. De tal\u00e1n enn\u00e9l is fontosabb ipar napjainkban a kriptogr\u00e1fia (meg vannak v\u00e9letlensevend\u00e9gl\u00e1t\u00f3egys\u00e9g<\/em> kaszin\u00f3k). Legyen sz\u00f3 banki \u00e1tutal\u00e1sr\u00f3l vagy b\u00e1rmilyen kommunik\u00e1ci\u00f3r\u00f3l a digit\u00e1lis t\u00e9rben, a bizalmas inform\u00e1ci\u00f3k titkos\u00edt\u00e1sa hatalmas nagys\u00e1grendben ig\u00e9nyel v\u00e9letlensz\u00e1mokat.<\/p>\n\n\n\n

Pszeudo \u00e9s val\u00f3di random sz\u00e1mok<\/h2>\n\n\n\n

L\u00e9teznek \u00fagynevezett pszeudo<\/em> (nem val\u00f3di) random sz\u00e1mok<\/em>. K\u00f6nnyen lehet ilyeneket gener\u00e1lni egyszer\u0171bb matematikai szab\u00e1lyokkal is, amik egy kezdeti \u00e9rt\u00e9kb\u0151l kiindulva randomnak t\u0171n\u0151 sz\u00e1msorozatokat eredm\u00e9nyeznek. A legt\u00f6bb ter\u00fcleten (modellez\u00e9s, sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes j\u00e1t\u00e9kok) ezek is meg\u00e1llj\u00e1k a hely\u00fck. Azonban m\u00e9g a komolyabb pszeudorandom gener\u00e1torok is rejtenek magukban h\u00e1tr\u00e1nyokat. Legnagyobb vesz\u00e9ly\u00fck, hogy determinisztikusak, azaz ha valaki ismeri az algoritmust \u00e9s gener\u00e1tor bels\u0151 \u00e1llapot\u00e1t, akkor meg tudja j\u00f3solni, hogy az egyes l\u00e9p\u00e9sekben milyen sz\u00e1mok keletkeznek. Virtu\u00e1lis lott\u00f3sorsol\u00e1sokon hasonl\u00f3 man\u0151verrel<\/a> m\u00e1r nyert\u00a0valaki k\u00f6r\u00fclbel\u00fcl 7,5 milli\u00e1rd forintnak megfelel\u0151 doll\u00e1rt (majd 25 \u00e9v let\u00f6ltend\u0151t), illetve az Amerikai Nemzetbiztons\u00e1gi \u00dcgyn\u00f6ks\u00e9ggel (NSA) kapcsolatban is felmer\u00fclt, hogy egyes titkos\u00edt\u00e1sra haszn\u00e1lt sz\u00e1mgener\u00e1torokba ilyen kiskapukat \u00e9p\u00edt<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Pont ez\u00e9rt olyan izgalmas piac a val\u00f3di random sz\u00e1mok<\/em> ter\u00fclete. Ezek a sz\u00e1mgener\u00e1torok szoftveres \u00e9s algoritmikus megold\u00e1sok helyett t\u00e9nylegesen v\u00e9letlenszer\u0171 fizikai folyamatok val\u00f3s idej\u0171 m\u00e9r\u00e9s\u00e9re \u00e9p\u00edtkeznek. Az ek\u00e9ppen keletkezett adatok teljesen j\u00f3solhatatlanok, \u00edgy biztons\u00e1gosabbak is kriptogr\u00e1fiai szempontb\u00f3l. Ilyen v\u00e9letlen forr\u00e1sa lehet, a teljess\u00e9g ig\u00e9nye n\u00e9lk\u00fcl, a radioakt\u00edv boml\u00e1s, atmoszf\u00e9rikus r\u00e1di\u00f3zajok, \u00e1ramk\u00f6r\u00f6kben fell\u00e9p\u0151 fluktu\u00e1ci\u00f3k \u00e9s egy\u00e9b kvantummechanikai esem\u00e9nyek (ezek k\u00f6z\u00fcl a kedvencem a kaotikus f\u00e9lvezet\u0151 l\u00e9zer<\/a><\/em>, ami \u00fagy hangzik, mint a hatodik Hal\u00e1lcsillagra tervezett szuperfegyver).<\/p>\n\n\n\n

D&D: DNS \u00e9s Digitaliz\u00e1ci\u00f3ja<\/h2>\n\n\n\n

Egy ilyen, val\u00f3di v\u00e9letlensz\u00e1m-gener\u00e1torokkal kapcsolatos felvet\u00e9s, hogy k\u00e9miai folyamatokat molekul\u00e1ris szinten figyelj\u00fcnk meg, \u00e9s ezt haszn\u00e1ljuk ki valamilyen m\u00f3don. Itt j\u00f6n a k\u00e9pbe a DNS, mint egy lehets\u00e9ges rendszer, melyet mostans\u00e1g siker\u00fclt megval\u00f3s\u00edtani Meisernek \u00e9s munkat\u00e1rsainak.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Hogy zajlik ez gyakorlatban? Vegy\u00fck e nukleinsav \u00e9p\u00edt\u0151k\u00f6veit, a n\u00e9gyf\u00e9le dNTP<\/em>-t (le\u00e1nykori nev\u00fck\u00f6n dezoxiribonukleotid-trifoszf\u00e1tokat): dATP<\/em>, dTTP<\/em>, dCTP<\/em> \u00e9s dGTP<\/em>. Ezek elegy\u00e9b\u0151l indulunk ki egy v\u00e9letlenszer\u0171 DNS szint\u00e9zise sor\u00e1n. Nem egy megl\u00e9v\u0151 DNS-t m\u00e1solunk; minden egyes polimeriz\u00e1ci\u00f3s l\u00e9p\u00e9s olyan, mintha dobn\u00e1nk egy n\u00e9gyoldal\u00fa dob\u00f3kock\u00e1val: el\u0151sz\u00f6r mondjuk egy G<\/em>-t, azt\u00e1n A<\/em>-t, T<\/em>-t, \u00fajra T<\/em>-t sat\u00f6bbi. \u00cdgy jutunk egy random DNS-sz\u00e1lhoz (1. \u00e1bra). S\u0151t, nem is kell nek\u00fcnk szenvedni a laborban! Random DNS-ek m\u00e1r kereskedelmi forgalomban is kaphat\u00f3ak, ha valaki szeretne egyet otthonra. Pont olyan izgalmas a tart\u00e1suk, mint egy cser\u00e9p pet\u00fani\u00e1nak.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
1. \u00e1bra: Random DNS-ek szint\u00e9zise (forr\u00e1s: <\/strong>Meiser \u00e9s mtsai., 2020)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Ami ezek ut\u00e1n m\u00e9g h\u00e1travan, az a gener\u00e1lt random DNS-ek beolvas\u00e1sa (szekven\u00e1l\u00e1s) \u00e9s random sz\u00e1mokk\u00e1 alak\u00edt\u00e1sa. A szekven\u00e1l\u00e1s manaps\u00e1g elterjedt \u00fajgener\u00e1ci\u00f3s technol\u00f3gi\u00e1kkal k\u00f6nnyen \u00e9s gyorsan megoldhat\u00f3. A DNS-ek random sz\u00e1mm\u00e1 val\u00f3 \u00e1tdolgoz\u00e1sa sem kih\u00edv\u00e1s. A digit\u00e1lis vil\u00e1g am\u00fagy is bin\u00e1ris \u00e9rt\u00e9kekkel oper\u00e1l. Rendelj\u00fcnk mindegyik b\u00e1zishoz null\u00e1t vagy egyet a k\u00f6vetkez\u0151k\u00e9ppen: A\u21920, C\u21920, T\u21921, G\u21921. \u00cdgy lesz mondjuk a GATTACA <\/em>szekvenci\u00e1b\u00f3l 1011000<\/em>, mint random bitek sorozata.<\/p>\n\n\n\n

Az olvas\u00f3ban felmer\u00fclhet, hogy megdupl\u00e1zhatn\u00e1nk a hat\u00e9konys\u00e1got, ha kettes\u00e9vel osztan\u00e1nk ki a biteket, pl.: A\u219200, C\u219201, T\u219210, G\u219211. Ennek hi\u00e1nya a jelenlegi technol\u00f3gia egyik gyermekbetegs\u00e9g\u00e9nek, pontosabban annak megold\u00e1s\u00e1nak tudhat\u00f3 be. A random DNS szint\u00e9zis ugyanis nem teljesen random, G<\/em> \u00e9s T<\/em> sokkal gyakrabban \u00e9p\u00fcl be a jelenlegi elj\u00e1r\u00e1sok sor\u00e1n. Ez azt is jelenti, hogy bizonyos v\u00e9letlensz\u00e1mok nagyobb val\u00f3sz\u00edn\u0171s\u00e9ggel \u00fctn\u00e9k fel a fej\u00fcket. A probl\u00e9ma m\u00e1s sz\u00e1mgener\u00e1torok eset\u00e9ben is ismert, megold\u00e1s\u00e1ra l\u00e9tezik is algoritmus, melyet von Neumann korrektor<\/em>-nak h\u00edvnak (Neumann J\u00e1nos ut\u00e1n). Ez a korrekci\u00f3 azonban nem m\u0171k\u00f6dne, ha kettes\u00e9vel gener\u00e1ln\u00e1nk a biteket.<\/p>\n\n\n\n

Ami enn\u00e9l is f\u00e1jdalmasabb, hogy a korrektor is tov\u00e1bbi vesztes\u00e9gekkel dolgozik, az eredeti nemannyirav\u00e9letlen<\/em> bittengerb\u0151l \u00edgy csak negyedannyi igaz\u00e1nval\u00f3di<\/em> random sz\u00e1mot lehet kitermelni. \u00d6sszess\u00e9g\u00e9ben teh\u00e1t nyolcszoros vesztes\u00e9gr\u0151l besz\u00e9lhet\u00fcnk. M\u00e9gis, az ilyen csiszolatlans\u00e1gai ellen\u00e9re is elfogadhat\u00f3an teljes\u00edt a DNS ha m\u00e1s gener\u00e1torokkal vetj\u00fck \u00f6ssze (1. t\u00e1bl\u00e1zat). K\u00fcl\u00f6n\u00f6sen igaz ez akkor, ha azt az ismertebb val\u00f3di v\u00e9letlensz\u00e1m technol\u00f3gi\u00e1k teljes\u00edtm\u00e9ny\u00e9hez m\u00e9rj\u00fck. <\/p>\n\n\n\n

Rendszer<\/strong><\/th>T\u00edpus<\/strong><\/th>Produkci\u00f3s r\u00e1ta (MB\/s)<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
Mersenne Twister algoritmus<\/a><\/td>pszeudo<\/td>15000<\/td><\/tr>
Kaotikus f\u00e9lvezet\u0151 l\u00e9zer (Reidler \u00e9s mtsai., 2009<\/a>)<\/td>val\u00f3di<\/td>1560<\/td><\/tr>
Intel\u00ae<\/sup> DRNG<\/td>hibrid (val\u00f3di + pszeudo)<\/td>800<\/td><\/tr>
DNS (Meiser \u00e9s mtsai., 2020)<\/strong><\/td>val\u00f3di<\/strong><\/td>0,3<\/strong><\/td><\/tr>
Atmoszf\u00e9rikus z\u00f6rej (Random.org<\/a>)<\/td>val\u00f3di<\/td>0,0015<\/td><\/tr>
Radioakt\u00edv boml\u00e1s (HotBits<\/a>)<\/td>val\u00f3di<\/td>0,0001<\/td><\/tr><\/tbody><\/table>
1. t\u00e1bl\u00e1zat: DNS \u00e9s m\u00e1s v\u00e9letlensz\u00e1m-gener\u00e1torok teljes\u00edtm\u00e9nye, Meiser \u00e9s mtsai. (2020) nyom\u00e1n, m\u00f3dos\u00edtva<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

A DNS-alap\u00fa rendszer komoly el\u0151nye a k\u00f6nny\u0171 hordozhat\u00f3s\u00e1ga: egy 1ml-nyi DNS k\u00f6r\u00fclbel\u00fcl 1019<\/sup> bit inform\u00e1ci\u00f3t tud rakt\u00e1rozni (ez merevlemeznek sem utols\u00f3<\/a>, de a mi eset\u00fcnkben ez mind \u00e9rt\u00e9kes random bit lehetne). Szekven\u00e1torokb\u00f3l is vannak m\u00e1r eg\u00e9sz kompakt t\u00edpusok. A rendszer jelenlegi korl\u00e1tj\u00e1t \u00e9s f\u0151 k\u00f6lts\u00e9g\u00e9t is ez ut\u00f3bbi, a szekven\u00e1l\u00e1s jelenti, ami viszont tov\u00e1bbra is egy fejl\u0151d\u0151 ter\u00fclet. Javul\u00e1sra teh\u00e1t m\u00e9g sz\u00e1m\u00edthatunk a k\u00e9s\u0151bbiekben, s \u00edgy semmi j\u00f6v\u0151beli akad\u00e1lya nincs annak, hogy a holnap t\u00e1rsasj\u00e1t\u00e9kait m\u00e1r sufnituning dNTP<\/em> random sz\u00e1mokkal j\u00e1tszhassuk.<\/p>\n\n\n\n

(A bor\u00edt\u00f3k\u00e9p a Wikipedia oldal\u00e1r\u00f3l sz\u00e1rmazik<\/a>)<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Meiser, L.C., Koch, J., Antkowiak, P.L. et al.<\/em> DNA synthesis for true random number generation. Nat Commun<\/em> 11, <\/strong>5869 (2020). https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-020-19757-y<\/a><\/p>\n\n\n\n

Reidler, I., Aviad, Y., Rosenbluh, M. & Kanter, I. Ultrahigh-speed random number generation based on a chaotic semiconductor laser. Phys. Rev. Lett.<\/em>103<\/strong>, 1\u20134 (2009). https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.103.024102<\/a><\/p>\n\n\n\n

Zhirnov, V., Zadegan, R., Sandhu, G. et al.<\/em> Nucleic acid memory. Nature Mater<\/em> 15, <\/strong>366\u2013370 (2016). https:\/\/doi.org\/10.1038\/nmat4594<\/a><\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Mire j\u00f3 egy v\u00e9letlensz\u00e1m? A v\u00e9letlensz\u00e1mok gener\u00e1l\u00e1sa mindig is a h\u00e9tk\u00f6znapok szerves r\u00e9sz\u00e9t k\u00e9pezte. M\u00e1r az \u00f3kori Egyiptomb\u00f3l \u00e9s Mezopot\u00e1mi\u00e1b\u00f3l (i.e. 3000 k\u00f6rny\u00e9ke) is maradtak fenn olyan n\u00e9pszer\u0171 t\u00e1rsasok, ahol a fej-vagy-\u00edr\u00e1s a j\u00e1t\u00e9k k\u00f6zponti mechanizmusa. Sokkal k\u00e9s\u0151bb m\u00e1r volt … Egy kattint\u00e1s ide a folytat\u00e1shoz…. →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":10,"featured_media":16324646,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[7],"tags":[18,301,302],"class_list":["post-16324638","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-elet_es_tudomany","tag-dns","tag-dungeons-and-dragons","tag-veletlenszam"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/16324638","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=16324638"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/16324638\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16324655,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/16324638\/revisions\/16324655"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/16324646"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=16324638"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=16324638"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=16324638"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}