Цивилизация
Иногда требуется не только зашифровать информацию (эту задачу решает криптография), но и сделать ее невидимой, скрыв сам факт передачи сообщения с помощью тайнописи, или стеганографии. Способы маскировки текстов совершенствовались тысячелетиями по мере эволюции письма: от сообщений, записанных на черепе обритого налысо раба и табличках, покрытых еще одним слоем воска, до текстовых трафаретов, симпатических чернил и компьютерных программ, подмешивающих информацию к графическим и аудиофайлам.
Недавно ассортимент методов, с помощью которых доблестные аннычапман могут обмениваться шифровками с центром незаметно для врага, пополнился еще одним довольно экзотичным способом тайнописи
с помощью флуоресцирующих кишечных палочек, получившим название СПАМ — стеганографическая печать ансамблями микробов (SPAM, Steganography by Printed Arrays of Microbes).
СПАМ разработан командой микробиологов и химиков под руководством Мануэля Паласиоса и Дэвида Р. Уолта из Университета Тафта (США), приславших статью с описанием разработанного ими метода в Proceedings of the National Academy of Sciences. Спонсором исследований выступило DARPA — Агентство передовых оборонных исследовательских проектов при Министерстве обороны США, объявившее конкурс на разработку химических, то есть альтернативных электронному, способов шифрования и передачи данных.
Ранее в рамках того же проекта группа Уолта — Паласиоса предложила метод кодирования и передачи сообщений с помощью металлов с различным спектром горения, напыленных на целлюлозную подложку в виде серии точек: отправитель сообщения поджигает бумажную ленту, а получатель, используя спектрограф, удаленно считывает код, записанный в виде последовательности цветовых вспышек. Их следующая разработка — СПАМ — соединяет идею спектральной стеганографии с идеей кодирования данных с помощью генов, которую недавно реализовала группа Крэга Вентера, запечатлевшая посредством нуклеотидных триплетов сразу несколько текстовых посланий в ДНК полусинтетической бактерии Mycoplasma genitalium JCVI-1.0.
В отличие от ДНК-стеганографии, технология СПАМ более простая,
так как не требует применения специального и недешевого оборудования для секвенирования генома. В ее основе лежит явление биофлуоресценции, широко применяемое в генной инженерии.
Группа Уолта — Паласиоса вывела семь штаммов генномодифицированной кишечной палочки, продуцирующих различные флуоресцентные белки. Если осветить колонию таких бактерий светом определенной частоты (чаще всего используются ультрафиолетовые источники), мы получим мозаику из разноцветных бактериальных пятен. Направленно же чередуя колонии разноцветных бактерий, закрепленных на подложке, можно записывать информацию.
Для записи сообщений Уолт и Паласиос использовали простейший код, назначив определенным сочетаниям цветов буквы алфавита. Например, сочетание зеленой бактериальной колонии с оранжевой означает «I», зеленой с красной — «S». Далее они нанесли разноцветные бактерии в определенной последовательности на питательный субстрат из агара, подождали, пока колонии подрастут, и затем отпечатали подросшую колонию на сухой носитель — мембрану из нитроцеллюлозы, то есть, проще говоря, бумагу. Чтобы прочитать послание, получатель бактериального письма должен приложить бумажку к питательному субстрату, подождать, пока бактерии активируются, осветить колонию спектральной лампой и прочитать текст.
В качестве криптоключей, усложняющих задачу считывания, авторы использовали антибиотики, точнее, бактерии, резистентные к антибиотикам разного типа.
В результате, обработав бумажку с бактериями ампициллином, адресат прочитает один текст и совершенно другой, если будет использован канамицин. Таким способом авторам удалось закодировать с помощью бактерий сразу два сообщения на одной SPAM-бумажке: «this is a bioencoded message from the walt lab @ tufts university 2011» («это биозакодированное послание из лаборатории уолта @ университет тафта 2011») и «you have used the wrong cipher and the message is gibberish» («вы использовали неправильный ключ и сообщение бессмысленно»).
Помимо комбинаций антибиотиков можно использовать другие методы маскировки, например, разные составы питательных смесей, разные температурные режимы роста, свет различного спектра. Также можно составлять самоуничтожаемые послания из постепенно дегенерирующих бактерий. Или многоступенчатые сообщения, проявляемые по мере роста колонии с использованием различных комбинаций света, субстрата и антибиотиков — возможностей для проявления фантазии, притом необязательно шпионской, здесь очень много.
Так, помимо криптографии
бактериальное письмо можно использовать в качестве уникального биокода, помечая им генетически модифицированные организмы. Или биологических меток там, где использование других способов маркирования затруднено или невозможно.
Сейчас группа Уолта — Паласиоса работает над использованием СПАМ для кодирования информации с помощью дрожжей и более «продвинутых» спороносных бактерий. В перспективе могут быть задействованы и более сложные организмы, например, высшие растения, информацию в которых можно закладывать, изменяя узор листьев или конфигурацию цветков.
Тогда и пресловутая герань, выставленная на подоконник для предупреждения незадачливого Штирлица, обретет не анекдотичный, а вполне реальный смысл.