論文の概要: Synchronized DNA sources for unconditionally secure cryptography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.17149v1
• Date: Tue, 17 Mar 2026 21:25:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-19 18:32:57.399769
• Title: Synchronized DNA sources for unconditionally secure cryptography
• Title（参考訳）: 非条件暗号のためのシンクロナイズドDNAソース
• Authors: Sandra Jaudou, Hélène Gasnier, Elias Boudjella, Marc Canève, Victoria Bloquert, Vasily Shenshin, Tilio Pilet, Sacha Gaucher, Soo Hyeon Kim, Philippe Gaborit, Gouenou Coatrieux, Matthieu Labousse, Anthony Genot, Yannick Rondelez,
• Abstract要約: そこで我々は, 合成DNAのランダムプールを利用したDNAベースの暗号プリミティブを導入し, 遠隔者間での同期エントロピー源を設置する。 室内シークエンシングを用いて,東京とパリ間のこのプロトコルを実験的に実証し,400Mbの共有秘密マスクを作成した。 分子生物学と暗号の橋渡しによって、DNAベースの鍵分布は、グローバル通信ネットワークにおける無条件セキュリティに向けた、有望な新しいルートを開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3800484485180973
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Secure communication is the cornerstone of modern infrastructures, yet achieving unconditional security -resistant to any computational attack- remains a fundamental challenge. The One-Time Pad (OTP), proven by Shannon to offer perfect secrecy, requires a shared random key as long as the message, used only once. However, distributing large keys over long distances has been impractical due to the lack of secure and scalable sharing options. Here, we introduce a DNA-based cryptographic primitive that leverages random pools of synthetic DNA to install a synchronized entropy source between distant parties. Our approach uses duplicated DNA molecules -comprising random index-payload pairs- as a shared secret. These molecules are locally sequenced and digitized to generate a common binary mask for OTP encryption, achieving unconditional security without relying on computational assumptions. We experimentally demonstrate this protocol between Tokyo and Paris, using in-house sequencing, generating a shared secret mask of $\sim$ 400 Mb with a residual error rate to achieve the usual overall decryption failure rate of $2^{-128}$. The min-entropy of the binary mask meets the most recent National Institute of Standards and Technology requirements (SP 800-90B), and is comparable to that of approved cryptographic random number generators. Critically, our system can resist two types of adversarial interference through molecular copy-number statistics, providing an additional layer of security reminiscent of Quantum Key Distribution, but without distance limitations. This work establishes DNA as a scalable entropy source for long-distance OTP, enabling high-throughput and secure communications in sensitive contexts. By bridging molecular biology and cryptography, DNA-based key distribution opens a promising new route toward unconditional security in global communication networks.
• Abstract（参考訳）: セキュアな通信は現代のインフラの基盤だが、どんな計算攻撃にも耐性のある無条件のセキュリティを実現することは、依然として根本的な課題である。 完全な秘密を提供するためにシャノンによって証明されたワンタイムパッド(OTP)は、メッセージが1回だけ使用される限り、共有ランダムキーを必要とする。 しかし、セキュアでスケーラブルな共有オプションがないため、大きなキーを長距離に分散することは現実的ではない。 そこで我々は, 合成DNAのランダムプールを利用したDNAベースの暗号プリミティブを導入し, 遠隔者間での同期エントロピー源を設置する。 このアプローチでは、共有秘密として複製されたDNA分子(ランダムなインデックス-ペイロードペアを含む)を用いる。 これらの分子は局所的に配列化され、OTP暗号化のための共通のバイナリマスクを生成するためにデジタル化され、計算仮定に頼らずに無条件のセキュリティを達成する。 我々は,東京とパリ間のこのプロトコルを,社内シークエンシングを用いて実験的に実証し,通常の全体的な復号化失敗率2^{-128}$を達成するために,残差率400Mbの共有秘密マスクを作成した。 二項マスクのミニエントロピーは、最新の国立標準技術研究所(SP 800-90B)の要件を満たしており、暗号乱数生成器と同等である。 重要な点として,本システムは分子コピー数統計による2種類の敵対的干渉に抵抗し,量子鍵分布を連想させるセキュリティ層を提供するが,距離制限はない。 この研究は、長距離OPPのためのスケーラブルなエントロピー源としてDNAを確立し、センシティブなコンテキストにおける高スループットでセキュアな通信を可能にする。 分子生物学と暗号の橋渡しによって、DNAベースの鍵分布は、グローバル通信ネットワークにおける無条件セキュリティに向けた、有望な新しいルートを開く。

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