ÂciÊle tajne?

„Silna kryptografia” stawia

pod znakiem zapytania nadzór

urz´dów federalnych USA

S

zyfrowanie elektronicznych prze-
kazów informacji mo˝e byç albo
najlepszà obronà przed wÊcib-

stwem osób postronnych, albo narz´-
dziem w r´kach obeznanych z Interne-
tem terrorystów, przemytników narko-
tyków i innych z∏oczyƒców. W tym sa-
mym czasie, kiedy przemys∏ informa-
tyczny stara∏ si´ skorzystaç z rosnàcego
Êwiatowego popytu na kryptografi´,
rzàd USA k∏ad∏ temu tam´, ogranicza-
jàc eksport oprogramowania i pot´˝nych
urzàdzeƒ szyfrujàcych, które mog∏yby
postawiç w trudnej sytuacji kryptogra-
fów z NSA (National Security Agency –
Narodowa Agencja ds. Bezpieczeƒstwa).

Tama zaczyna p´kaç. Ostatnio zak∏o-

potanie NSA wywo∏a∏a firma z Red-
wood City (Kalifornia) – RSA Data Se-
curity, w∏aÊcicielka patentów chronià-
cych szeroko rozpowszechnionego sys-
temu kryptografii z kluczem publicz-
nym. Niedawno utworzy∏a ona w Japo-
nii fili´, Nihon RSA, i sprzeda∏a licencj´
na algorytmy RSA wielkiemu japoƒskie-
mu koncernowi telekomunikacyjnemu
NTT. Na tej podstawie NTT opracowa∏
uk∏ad scalony; szyfruje on dane znacznie
lepiej ni˝ jakikolwiek inny, który wolno
eksportowaç z USA. Uk∏ady amerykaƒ-
skie u˝ywajàce algorytmów RSA majà
na ogó∏ klucze o maksymalnej d∏ugoÊci
512 bitów, które mo˝na rozszyfrowaç za
pomocà odpowiednio pot´˝nego kom-
putera. Nowy uk∏ad NTT pozwala na
stosowanie kluczy 1024-bitowych, a na-
wet jeszcze d∏u˝szych, co praktycznie
uniemo˝liwia z∏amanie kodu.

Prezes RSA Data Security D. James Bi-

dzos przewiduje, ˝e wyrób NTT b´dzie
si´ dobrze sprzedawaç; koncern ma pra-
wo nim handlowaç w USA i innych kra-
jach. Bidzos spodziewa si´, ˝e uk∏ad ten
znajdzie zastosowanie w szybkich ∏à-
czach internetowych, a tak˝e w prywat-
nych sieciach podobnych do u˝ywanych
w bankach. Ma te˝ nadziej´, ˝e uprosz-
czone wersje uk∏adu zostanà w∏àczone
do bezpiecznych „inteligentnych” kart
kredytowych, które w przysz∏oÊci b´dà
s∏u˝yç do op∏acania zakupów i us∏ug
oraz potwierdzania to˝samoÊci.

Nihon RSA nie jest jedynym dostaw-

cà technologii kryptograficznej. Bidzos
przypomina, ˝e Niemcy i Holandia tak˝e
produkujà podobne uk∏ady. Twierdzi jed-
nak, ˝e przysz∏oÊç kryptografii wyglàda

Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1996 23

KRYPTOGRAFIA

Nowe uk∏ady,

stare pomys∏y

Czy mikrosondy DNA

te˝ spowodujà rewolucj´?

W

1971 roku ma∏a kalifornijska
firma w Santa Clara znalaz∏a
sposób na umieszczenie 2300

tranzystorów w jednym uk∏adzie scalo-
nym i zacz´∏a sprzedawaç pierwsze mi-
kroprocesory. Intel rozwinà∏ masowà pro-
dukcj´, dzi´ki czemu obni˝y∏ ich cen´.
Sta∏o si´ to zaczàtkiem ogromnego prze-
mys∏u komputerów osobistych. DziÊ, po
25 latach, przedsi´biorstwo stawiajàce
pierwsze kroki, usytuowane zaledwie kil-
ka kilometrów od g∏ównej kwatery Inte-
la, stosuje te same techniki do produkcji
uk∏adów, w których zamiast elektronów
wykorzystuje si´ DNA. W firmie Affy-
metrix twierdzi si´, ˝e uk∏ady GeneChip
zrewolucjonizujà genetyk´ medycznà tak
jak komputery osobiste operacje bizne-
sowe, gdy˝ umo˝liwià znacznie szybsze
i taƒsze zbieranie danych.

Na pierwszy rzut oka GeneChip nie

wyró˝nia si´ niczym szczególnym. Pro-

ste plastikowe pude∏eczko mieszczàce
si´ w d∏oni zawiera szklanà p∏ytk´ wiel-
koÊci ma∏ego znaczka pocztowego ma-
jàcà z jednej strony ciemne matowe po-
krycie. Wystarczy jednak umieÊciç tam
kropl´ krwi i poczekaç par´ godzin, a Ge-
neChip nie tylko wykryje wirusa powo-
dujàcego AIDS, ale tak˝e okreÊli dok∏ad-
nie jego odmian´, pozwalajàc stwierdziç,
na które leki jest ona oporna. Z innym
uk∏adem (który przy masowej produk-
cji kosztuje kilka dolarów) ten sam sys-
tem mo˝e badaç obecnoÊç jednej z 450
mutacji powiàzanych z mukowiscydo-
zà. Warto przy tym podkreÊliç, ˝e stan-
dardowy test genetyczny na obecnoÊç
HIV zajà∏by 12 godzin, a badanie czynni-
ków ryzyka zwiàzanych z mukowiscy-
dozà trwa∏oby oko∏o tygodnia.

„Nastaje nowa epoka, w której pozna-

ne zostanà sekwencje wszystkich genów
ludzkich – twierdzi szef naukowców
w Affymetrix, David J. Lockhart. – Uk∏ad
nasz pozwala na szybkie zbudowanie
sond, które testujà tysiàce sekwencji
DNA naraz i w ciàgu dnia mogà stwier-
dziç nie tylko obecnoÊç pewnych muta-
cji, ale tak˝e si∏´ ekspresji danego genu.
W istocie jest to wykonanie setek do-
Êwiadczeƒ za jednym razem.”

BIOTECHNOLOGIA

najbardziej zach´cajàco w Japonii, gdzie
techniki szyfrowania sà intensywnie pro-
mowane przez MITI (japoƒskie minister-
stwo nowych technologii). Coraz bardziej
powszechna dost´pnoÊç „silnej krypto-
grafii”, a tak˝e programy szyfrujàce w In-
ternecie powodujà, ˝e wzrasta nacisk na
agencje federalne USA, aby zmieni∏y po-
lityk´ eksportowà – mówi Bidzos. Ame-
rykaƒscy przedsi´biorcy mogliby produ-
kowaç takie uk∏ady scalone, jakie robi
NTT, ale ze wzgl´du na przepisy ekspor-
towe tylko na rynek wewn´trzny. (Ist-
niejà jednak pewne wyjàtki od limitu 512-
bitowej d∏ugoÊci klucza, np. w zastoso-
waniach bankowych.) Bidzos wspólnie
z ACM (U. S. Association for Computing
Machinery) popiera inicjatyw´ legisla-
cyjnà senatora Conrada Burnsa z Mon-
tany, majàcà na celu z∏agodzenie restryk-
cji eksportowych. Niedawny raport
National Research Council tak˝e zaleca
z∏agodzenie (choç nie ca∏kowite zniesie-
nie) ograniczeƒ eksportowych.

Administracja zaczyna odczuwaç

skutki tych nacisków. Pewien wysoki
urz´dnik twierdzi, ˝e z∏agodzenia dzi-
siejszych przepisów eksportowych –
polegajàcego na rozszerzeniu listy
krajów przeznaczenia, jak i zmniejszeniu
liczby programów obj´tych restrykcjami
– nale˝y spodziewaç si´ ju˝ jesienià.

W zamian jednak przemys∏ musi si´
zgodziç na próbne wprowadzenie sys-
temu, który zagwarantuje agendom rzà-
dowym dost´p do kluczy kryptograficz-
nych w razie Êledztwa.

W 1994 roku rzàdowi nie uda∏o si´

uzyskaç poparcia dla procedury, która
zaleca∏aby firmom u˝ywanie specjalne-
go uk∏adu, tzw. clipper chip, do szyfro-
wania danych i deponowania swoich
kluczy we w∏aÊciwej agendzie federal-
nej. Ostatni pomys∏ polega na tym, ˝e
firmy powierza∏yby swoje techniki szy-
frowania i tajne klucze powo∏anej do te-
go niezale˝nej organizacji. Ta z kolei
zobowiàzana by∏aby do wyjawiania klu-
czy organom Êledczym po otrzymaniu
nakazu sàdowego.

Obroƒcy praw obywatelskich sà rów-

nie ma∏o zachwyceni tà nowà ideà jak
uk∏adem clipper. Jednak – jak twierdzi
pewien urz´dnik – wst´pne porozu-
mienie z OECD (Organization for
Economic Cooperation and Develop-
ment) doprowadzi∏o do uzgodnienia
zasady sk∏adania tajnych kluczy w nie-
zale˝nych od rzàdu agendach. Nasuwa
si´ pytanie: czy przemys∏ w celu za-
pewnienia sobie wi´kszych rynków
zbytu zlekcewa˝y ochron´ prywatno-
Êci u˝ytkowników?

Tim Beardsley

Tak wielka efektywnoÊç mo˝liwa jest

dzi´ki inteligentnej adaptacji przez Affy-
metrix technik litograficznych stosowa-
nych przy produkcji pó∏przewodniko-
wych uk∏adów scalonych. Zamiast trawiç
kolejne warstwy w pod∏o˝u krzemowym
Êwiat∏em ultrafioletowym, przepuszcza-
nym przez odpowiednie maski, maszy-
ny firmy Affymetrix za pomocà masek
dokonujà syntezy ∏aƒcuchów DNA na
szklanych p∏ytkach. Ka˝da maska dok∏ad-

nie lokalizuje miejsca, gdzie doczepiajà
si´ nowe zasady wchodzàce w sk∏ad
DNA, tak wi´c sàsiadujàce ze sobà punk-
ty na p∏ytce mogà zawieraç zupe∏nie ró˝-
ne jego sekwencje. Zautomatyzowany
proces sk∏adajàcy si´ z 32 kroków tworzy
sekwencje o d∏ugoÊci 8 zasad (na ka˝dym
miejscu mo˝e byç jedna z czterech zasad),
co daje potencjalnie 65 536 ró˝nych sond.
„Spodziewamy si´, ˝e za rok lub dwa na
jednej p∏ytce znajdzie si´ 400 tysi´cy sond.
Mamy ju˝ prototyp z milionem sond” –
mówi dyrektor ds. zaawansowanych tech-
nologii Robert J. Lipshutz.

Odczyt wyników tysi´cy mikroekspe-

rymentów wymaga troch´ przygotowaƒ.
Na poczàtku nieznany DNA, który ma
byç poddany testom, izoluje si´ z krwi
lub tkanek; nast´pnie rozdziela na poje-
dyncze ∏aƒcuchy, które sà ci´te na ma∏e
kawa∏ki. W kolejnym kroku do uzyska-
nych fragmentów doczepia si´ fluore-
scencyjne czàsteczki; ca∏à mieszank´ prze-
puszcza si´ pod szklanà p∏ytkà zawiera-
jàcà sondy. Fragmenty majàce sekwen-
cje komplementarne do sekwencji DNA
na sondzie przylegajà do niej, reszta zo-
staje po prostu wymyta.

Teraz technik przenosi uk∏ad do czyt-

nika, w którym laser przeglàda p∏ytk´
z sondami rzàdek po rzàdku; Êwiat∏o
powoduje fluorescencj´ czàsteczek. Za
pomocà obiektywu o du˝ym powi´k-
szeniu komputer rejestruje, które son-
dy Êwiecà, a wi´c jakie sekwencje DNA
by∏y obecne w próbce (z lewej).

W kwietniu Affymetrix zaczà∏ sprze-

da˝ pierwszych systemów GeneChip za-

wierajàcych test pomocny w badaniach
nad AIDS, który identyfikuje mutacje
w genomie HIV powodujàce opornoÊç na
pewne leki. „Nie znamy jeszcze dosta-
tecznie ewolucji genetycznej HIV, aby po-
dejmowaç decyzje kliniczne, ale test ten
pozwoli nam szybko zdobyç koniecznà
wiedz´” – mówi Thomas R. Gingeras, kie-
rujàcy w firmie dzia∏em biologii moleku-
larnej. Podejmowane sà tak˝e prace nad
wieloma innymi uk∏adami, w szczegól-
noÊci nad systemem do testowania genu
p53 na obecnoÊç 400 znanych mutacji, któ-
re sà zwiàzane z wyst´powaniem wielu
rodzajów raka.

Zaprojektowanie nowego uk∏adu wy-

maga wprawy i czasu, mimo ˝e jest to
o wiele ∏atwiejsze ni˝ stworzenie nowe-
go mikroprocesora. Potem jednak pro-
dukcja jest nieomal ca∏kowicie zauto-
matyzowana. Dodatkowà zaletà jest to,
˝e uk∏ad odczytu pozostaje ten sam, nie-
zale˝nie od typu sond na p∏ytce.

Przedstawiciele Affymetrix zdajà sobie

spraw´ z kontrowersji, jakie budzà ruty-
nowe testy genetyczne ludzi, i podkreÊla-
jà, ˝e system GeneChip b´dzie sprzeda-
wany wy∏àcznie grupom badaczy, a nie
szpitalom i ich laboratoriom. Ale w pro-
spekcie, który ukaza∏ si´ tu˝ przed wej-
Êciem akcji na gie∏d´ w czerwcu, stwier-
dzono, ˝e „d∏ugofalowà strategià firmy
jest ubieganie si´ o zgod´ na stosowanie
GeneChip w diagnostyce klinicznej”. Ja-
sne jest, ˝e Affymetrix ma nadziej´, ˝e Ge-
neChip b´dzie tym, czym dla Intela oka-
za∏ si´ pierwszy mikroprocesor.

W. Wayt Gibbs

24 Â

WIAT

N

AUKI

Listopad 1996

GENETYCZNY UK¸AD SCALONY

wykrywajàcy HIV (na dole) zawiera

tysiàce sond czu∏ych na sekwencje DNA

(poÊrodku)

, z których ka˝da zaczyna

fluoryzowaç (u góry), gdy zetknie si´

z odpowiadajàcà sobie sekwencjà.

AFFYMETRIX

G∏oÊno o sztucznej krwi

Nowe substytuty

w ostatniej fazie prób klinicznych

S

pod chirurgicznego skalpela Êcie-
ka do zbiorników ˝yciodajny
p∏yn, który zbiera si´ za pomocà

sàczków i pomp ssàcych. Mo˝na go
oczyÊciç i z powrotem wprowadziç do
uk∏adu krwionoÊnego pacjenta, ale
wi´kszoÊç przepada. Ka˝dego roku
przetacza si´ chorym oko∏o 100 mln jed-
nostek krwi pobranej od dawców. Ostat-
nio niewielka, lecz rosnàca liczba firm
farmaceutycznych oferuje coÊ, co zastàpi
ludzkie krwinki czerwone wype∏niajà-
ce pojemniki zawieszone przy szpital-
nych ∏ó˝kach. Niektórzy pacjenci przy-
jmujà do˝ylnie roztwór bia∏ka wyizolo-
wanego z krwi bydl´cej lub z przetwo-
rzonych genetycznie bakterii. Innym
roztwory substancji teflonopodobnych

na kilka godzin zastàpi∏y do 40% krà-
˝àcej w ich naczyniach krwi.

W bie˝àcym roku w USA co najmniej

6 firm farmaceutycznych ocenia klini-
cznie tzw. substytuty krwi stosowane
w chirurgii. Nazwa „substytuty” jest
mo˝e zbyt ambitnym okreÊleniem tych
roztworów, poniewa˝ ˝aden nie mo˝e
zastàpiç zdolnoÊci pe∏nej krwi do krze-
pni´cia i zwalczania zaka˝eƒ. Jednak
podobnie jak krwinki czerwone ka˝dy
potrafi roznosiç tlen z p∏uc do pozosta-
∏ych cz´Êci cia∏a oraz odbieraç dwutle-
nek w´gla. Dwa z tych substytutów w
przysz∏ym roku wejdà prawdopodob-
nie w ostatni, III etap prób klinicznych,
który obejmie kilkuset chorych.

Du˝y poÊpiech w produkcji substancji

zast´pujàcych krew jest w obecnej sytu-
acji szczególnie uzasadniony. Ostrzejszy
re˝im przy badaniach przesiewowych
wynikajàcy z pojawienia si´ wirusa HIV
spowodowa∏, ˝e zasoby przechowywa-
nej krwi sà bezpieczniejsze ni˝ kiedykol-

wiek przedtem. Mimo to liczba do-
nacji nigdy nie powróci∏a do poziomu
sprzed okresu poczàtkowej paniki wy-
wo∏anej AIDS, a banki krwi majà okre-
sowe lokalne niedobory.

„G∏ównà korzyÊcià z wprowadzenia

produktów zast´pczych b´dzie zmniej-
szenie iloÊci magazynowanej krwi po-
dawanej pacjentowi. Zminimalizuje to
zapewne ryzyko infekcji [poniewa˝ te
substancje chemiczne mo˝na sterylizo-
waç dok∏adniej ni˝ krew] i pozwoli za-
chowaç jà dla ludzi, którym jest abso-
lutnie niezb´dna” – powiedzia∏ Steven
A. Gould, prezes Northfield Laborato-
ries w Evanston (Illinois).

Syntetyczne substytuty majà te˝ in-

ne zalety. Wszystkie zachowujà Êwie-
˝oÊç w ciàgu 6 miesi´cy lub d∏u˝ej w od-
ró˝nieniu od krwinek czerwonych, które
tracà przydatnoÊç ju˝ po 6 tygodniach
przechowywania. Nie sà one obarczo-
ne bia∏kami i cukrami, które wyst´pujà
w b∏onie otaczajàcej komórki krwi i kla-

MEDYCYNA