Internet of Bio-Nano Things (IoBNT) - Διαδίκτυο των Βιο-Νανοπραγμάτων

Τι είναι το Internet of Bio-Nano Things (IoBNT) και πόσο ασφαλές είναι ; 

Hackernoon

Το Διαδίκτυο των Βιο-Νανοπραγμάτων (IoBNT) είναι το πεδίο όπου οι βιοχημικές διεργασίες στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος επικοινωνούν με τον κυβερνοχώρο του διαδικτύου. Το πρότυπο του IoBNT προέρχεται από τη συνθετική βιολογία και τα εργαλεία της νανοτεχνολογίας, και επιτρέπει τη κατασκευή βιολογικών ενσωματωμένων υπολογιστικών συσκευών που ονομάζονται νανομηχανές.

Οι νανομηχανές είναι ισχυρές και λειτουργικές μικροσκοπικές συσκευές που έχουν κατασκευαστεί από τον άνθρωπο. Η λειτουργικότητα αυτών των συσκευών εμπνέεται από τη συμπεριφορά των ατομικών και μοριακών δομών που αποτελούνται από δομικά στοιχεία σε νανοκλίμακα.

Δεν λειτουργούν μόνο ως υπολογιστές, αλλά δημιουργούν επίσης συνδέσεις με το περιβάλλον (ανθρώπινο σώμα) για την ανίχνευση ενός φυσικού μεγέθους, όπως οι ζωντανοί οργανισμοί.

Η επικοινωνία εντός του ανθρώπινου σώματος είναι τόσο παλιά όσο και η ύπαρξη της ανθρωπότητας. Πράγματι, το ανθρώπινο σώμα είναι ένα μεγάλης κλίμακας ετερογενές δίκτυο επικοινωνίας νανοδικτύων, καθώς αποτελείται από δισεκατομμύρια νανομηχανές που αλληλεπιδρούν, δηλαδή τα κύτταρα, των οποίων οι λειτουργίες εξαρτώνται κυρίως από μοριακές επικοινωνίες σε νανοκλίμακα.

Ως εκ τούτου, οι ζωτικές λειτουργίες του ανθρώπινου σώματος εξαρτώνται άμεσα από την απόδοση, την αξιοπιστία και τη συνεχή λειτουργία των ενδοσωματικών μοριακών νανοδικτύων.

Αρχιτεκτονική του Διαδικτύου των Βιο-νανοπραγμάτων

Η αρχιτεκτονική του IoBNT είναι μια εκτεταμένη εκδοχή του προτύπου του Διαδικτύου των Πραγμάτων (ΙοΤ). Το IoBNT χρησιμοποιεί τη βασική δομή κυβερνοεπικοινωνίας του IoT. Η κύρια διαφορά έγκειται στο επίπεδο αντίληψης, όπου αναπτύσσονται οι αισθητήρες. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στο IoBNT είναι σε νανοκλίμακα και χρησιμοποιούν τεχνολογίες επικοινωνίας σε νανοκλίμακα (μοριακή επικοινωνία/ νανοηλεκτρομαγνητική επικοινωνία σε Terahertz).

Παρακάτω είναι οι δομικές μονάδες που εμπλέκονται στην αρχιτεκτονική του IoBNT:

• Bio-Nano Things (Βιο-νανοπράγματα)

Τα βιο-νανοπράγματα είναι βιολογικές υπολογιστικές μηχανές που συλλέγουν αισθητηριακά δεδομένα από το περιβάλλον (μέσα στο ανθρώπινο σώμα) και τα διαβιβάζουν στη βιο-κυβερνητική διεπαφή. Τα βιο-νανοπράγματα χρησιμοποιούνται εναλλάξ με τις νανομηχανές.

Προκειμένου να αναπτυχθούν αποτελεσματικές και καινοτόμες νανομηχανές και να κατανοηθεί ο μηχανισμός επικοινωνίας μεταξύ των νανομηχανών, η μελέτη της αρχιτεκτονικής των βιολογικών κυττάρων και των αλληλεπιδράσεών τους έχει αποδειχθεί χρήσιμη. Τα βιολογικά νανοπράγματα αναπτύσσονται με τη μορφή νανοδικτύων στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος για βιοϊατρικές εφαρμογές. Παρακάτω παρουσιάζονται πέντε συστατικά στοιχεία των νανομηχανών.

1. Μονάδα ελέγχου:

Περιέχει το ενσωματωμένο λογισμικό, το οποίο αποσκοπεί στην εκτέλεση της προβλεπόμενης εργασίας της νανομηχανής. Η μονάδα ελέγχου ελέγχει όλα τα άλλα εξαρτήματα και μπορεί να διαθέτει και αποθηκευτικό χώρο. Ο πυρήνας ενός βιολογικού κυττάρου είναι υπεύθυνος για την υλοποίηση των προβλεπόμενων καθηκόντων του. Παρομοίως με τους όρους έκφρασεις ενός λογισμικού, η βιολογική μονάδα ελέγχου κωδικοποιεί τις πρωτεϊνικές δομές, τις μονάδες δεδομένων και τις ρυθμιστικές αλληλουχίες.

2.Μονάδα επικοινωνίας:

Ο μηχανισμός επικοινωνίας της νανομηχανής υλοποιείται μέσω πομποδεκτών. Οι πομποδέκτες επιτρέπουν στο ενσωματωμένο σύστημα να ανταλλάσσει πληροφορίες μέσω της μετάδοσης και της λήψη μηνυμάτων στο νανοεπίπεδο. Η διακυτταρική επικοινωνία πραγματοποιείται μέσω των διακένων χάσματος, των ορμονικών και φερομονικών υποδοχέων που τοποθετούνται στη μεμβράνη του κυττάρου.

3.Μονάδα αναπαραγωγής:

Περιέχει τις οδηγίες για την κατασκευή των δομικών στοιχείων των νανομηχανών και στη συνέχεια οδηγίες για την αντιγραφή τους. Η διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα όταν οι νανομηχανές αναπαράγονται μέσω αποθήκευσης της κωδικοποίησης των νανομηχανών σε μοριακές αλληλουχίες.

4.Μονάδα ισχύος:

Η μονάδα ισχύος παρέχει αποθηκευμένη ενέργεια σε όλα τα άλλα εξαρτήματα των νανομηχανών, για τη διατήρηση του ηλεκτρικού ρεύματος στο ενσωματωμένο λογισμικό. Το μιτοχόνδριο, ο χλωροπλάστης και η τριφωσφορική αδενοσίνη είναι μερικές από τις ενώσεις των κυττάρων που αντιστοιχούν στις εξωτερικές χημικές αντιδράσεις για την παραγωγή ενέργειας. Αυτή η χημική ενέργεια αποθηκεύεται στις κυτταρικές δεξαμενές και παρέχεται για τη ρύθμιση των άλλων συστατικών του κυττάρου.

5.Αισθητήρες και Κινητήρες:

Αυτή η μονάδα παρέχει μια διεπαφή μεταξύ του περιβάλλοντος και της νανομηχανής. Η αίσθηση και η ενεργοποίηση είναι η ικανότητα ενός βιολογικού κυττάρου να διακρίνει εξωτερικά μόρια ή ερεθίσματα π.χ. ο χλωροπλάστης των φυτών και η φλαγγελίνη  των βακτηρίων.

Διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου (διασύνδεση βιολογικού και ψηφιακού κόσμου)

Το ηλεκτρονικό τατουάζ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μια διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου για την επικοινωνία με το βιολογικό νανοδίκτυο του σώματος (Πηγή εικόνας: IEEE Communications Magazine)

Η διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου  είναι μια εξειδικευμένη μικροσυσκευή που συνήθως εμφυτεύεται στα εξωτερικά μέρη του σώματος. Η διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου λειτουργεί ως μια μονάδα μεταγωγής, η οποία μεταφράζει βιοχημικά σήματα από το ανθρώπινο σώμα σε ηλεκτρικά σήματα και ηλεκτρικές εντολές που προέρχονται από τους παρόχους υγειονομικής περίθαλψης, σε βιοχημικά σήματα για επικοινωνία εντός του σώματος. Η διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου διαθέτει δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας, η οποία χρησιμοποιείται για την επικοινωνία με συσκευές πύλης. Η συχνότητα επικοινωνίας της διεπαφής βιο-κυβερνοχώρου διατηρείται σκόπιμα χαμηλή, ώστε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας να μην παρεμβαίνουν στη φυσιολογική λειτουργία του σώματος.

Συσκευές πύλης

Οι συσκευές πύλης όσον αφορά το  IoBNT είναι συνήθως smartphone, tablet, PDA ή άλλες φορητές συσκευές με δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας. Η διεπαφή βιο-κυβερνοχώρου επικοινωνεί με τις συσκευές πύλης για την αποστολή δεδομένων και τη λήψη εντολών από τον απομακρυσμένο πάροχο υγειονομικής περίθαλψης.

Σημείο πρόσβασης στο Διαδίκτυο

Οι μηχανισμοί συνδεσιμότητας για την προώθηση και τη λήψη μηνυμάτων από τον πάροχο υγειονομικής περίθαλψης/ιατρικό διακομιστή. Για παράδειγμα WiFi, 4G/5G ή άλλοι μηχανισμοί ασύρματης επικοινωνίας.

Ιατρικός Διακομιστής

Μπορεί να είναι μια υπηρεσία βασισμένη στο cloud (υπολογιστικό νέφος) για την αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων σχετικά με την υγεία των ασθενών και μια διαδικτυακή πύλη που χρησιμοποιείται από τους παρόχους υγειονομικής περίθαλψης για την ανάλυση αναφορών και την αποστολή θεραπείας.

Επικοινωνία μεταξύ των νανομηχανών

Οι νανομηχανές από μόνες τους είναι σε θέση να εκτελέσουν μόνο επουσιώδεις εργασίες- έτσι η επικοινωνία μεταξύ των νανομηχανών είναι πολύ σημαντική για την υλοποίηση πιο σύνθετων εργασιών. Οι τεχνολογίες επικοινωνίας των νανομηχανών χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες:

• Ηλεκτρομαγνητική επικοινωνία σε νανοκλίμακα
• Ακουστική επικοινωνία σε νανοκλίμακα
• Μηχανική επικοινωνία σε νανοκλίμακα
• Μοριακή επικοινωνία

Ηλεκτρομαγνητική επικοινωνία σε νανοκλίμακα

Αυτός ο τύπος επικοινωνίας βασίζεται στη μετάδοση και λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μεταξύ νέων νανοϋλικών, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα και οι νανοταινίες με βάση το γραφένιο. Ο παραδοσιακός πομποδέκτης της κλασικής ασύρματης επικοινωνίας δεν είναι εφικτός για την επικοινωνία σε νανοκλίμακα, ωστόσο τα νέα νανοϋλικά με βάση το γραφένιο έχουν την δυνατότητα να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό. Τα μελλοντικά ηλεκτρομαγνητικά νανοδίκτυα προβλέπεται να λειτουργούν στη ζώνη terahertz, ενώ μέχρι σήμερα υπάρχουν ελάχιστα κανάλια terahertz. Η ηλεκτρομαγνητική επικοινωνία μπορεί να καταστήσει δυνατή την επικοινωνία από μια μικροσυσκευή σε μια νανοσυσκευή, και γίνονται έρευνες για την επικοινωνία μεταξύ νανοσυσκευών ή από μια νανοσυσκευή σε μια μικροσυσκευή.

Ακουστική επικοινωνία σε νανοκλίμακα

Η ακουστική επικοινωνία πραγματοποιείται με τη μετάδοση υπερηχητικών κυμάτων μέσω ενσωματωμένων μορφοτροπέων εντός των νανομηχανών. Αυτοί οι μορφοτροπείς θα πρέπει να είναι ικανοί να αντιλαμβάνονται την ποικιλία της πίεσης και στη συνέχεια να αντιδρούν ανάλογα. Επί του παρόντος, το μέγεθος των μορφοτροπέων αποτελεί το σημαντικότερο εμπόδιο για την εφαρμογή αυτού του μηχανισμού επικοινωνίας σε νανοκλίμακα.

Μηχανική επικοινωνία σε νανοκλίμακα

Στη νανομηχανική επικοινωνία, η πληροφορία αποστέλλεται μέσω νανομηχανών που συνδέονται φυσικά. Ένα από τα σημαντικότερα μειονεκτήματα αυτής της τεχνικής επικοινωνίας στο πλαίσιο της νανοεπικοινωνίας είναι η φυσική σύνδεση μεταξύ των συσκευών. Ως εκ τούτου, δεν είναι εφαρμόσιμη όταν οι νανομηχανές πρέπει να τοποθετηθούν σε απομακρυσμένες τοποθεσίες.

Μοριακή επικοινωνία

Η μοριακή επικοινωνία (MC) είναι ένα παράδειγμα επικοινωνίας βασισμένο σε μόρια που επιτρέπει τη μετάδοση βιοχημικών πληροφοριών (π.χ. την κατάσταση ζωντανών οργανισμών), η οποία δεν είναι εφικτή με τη χρήση της παραδοσιακής επικοινωνίας. Τα μόρια που είναι κωδικοποιημένα με πληροφορίες προς μετάδοση, ονομάζονται μόρια πληροφοριών. Τα μόρια πληροφοριών ενεργοποιούν βιοχημικές αντιδράσεις στο δέκτη και μπορούν να αναδημιουργήσουν φαινόμενα ή/και χημική κατάσταση, την οποία στη συνέχεια μεταδίδει ο αποστολέας. Η μοριακή επικοινωνία (MC) θεωρείται ο πιο υποσχόμενος μηχανισμός νανοδικτύωσης λόγω των πομποδεκτών νανομεγέθους που μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε νανομηχανή. Η μοριακή επικοινωνία είναι εμπνευσμένη από τη βιολογία και σχετίζεται στενά με τα φαινόμενα επικοινωνίας που υπάρχουν στη φύση εδώ και χρόνια. Η μοριακή επικοινωνία αποτελεί επίσης πρωταρχική επιλογή για τις βιοϊατρικές εφαρμογές που περιλαμβάνουν επικοινωνία εντός του σώματος. Τα διάφορα συστήματα μοριακής επικοινωνίας μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε επικοινωνία μικρής εμβέλειας με χρήση σήματος ασβεστίου, σε σήματα μεσαίας εμβέλειας με χρήση μοριακών κινητήρων και σε σήματα μεγάλης εμβέλειας με χρήση φερομονών.

Ασφάλεια του Διαδικτύου των Bιο-νανοπραγμάτων

Η νανοδικτύωση αποτελεί καινοτομία στον τομέα του IoBNT. Έτσι, εδώ εστιάζουμε μόνο στις απαιτήσεις ασφάλειας στη νανοδικτύωση. Η κυβερνοασφάλεια για το IoT έχει ήδη συζητηθεί εκτενώς.

Παγκόσμιοι στόχοι ασφάλειας

Οι παγκόσμιοι στόχοι ασφάλειας για το κλασικό παράδειγμα επικοινωνίας είναι oι CIA (Εμπιστευτικότητα-Confidentiality, Ακεραιότητα-Integrity και Διαθεσιμότητα-Availability). Αυτοί οι κλασικοί στόχοι ασφαλείας θα παραμείνουν οι ίδιοι ακόμη και στο πλαίσιο του παραδείγματος της νανοεπικοινωνίας. Για πιο ολιστικές απαιτήσεις ασφάλειας έχουμε προσθέσει την «αυθεντικότητα» ως την τέταρτη απαίτηση ασφάλειας.

Εμπιστευτικότητα

Είναι το σημαντικότερο ζήτημα στην ασφάλεια δικτύων. Αυτός ο στόχος διασφαλίζει ότι το πλαίσιο του μηνύματος που ανταλλάσσεται μεταξύ αποστολέα και παραλήπτη δεν θα πρέπει να είναι προσβάσιμο σε μια μη εξουσιοδοτημένη οντότητα. Τεχνικές κρυπτογράφησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδώσουν εμπιστευτικότητα στην επικοινωνία.

Ακεραιότητα

Διασφαλίζει ότι οι λαμβανόμενες πληροφορίες είναι πλήρεις και σωστές, δηλαδή χωρίς να έχουν τροποποιηθεί από μια εξωτερική οντότητα. Για την εξασφάλιση της ακεραιότητας στην επικοινωνία μπορούν να χρησιμοποιηθούν συναρτήσεις κατακερματισμού MAC (Message Authentication Code).

Διαθεσιμότητα

Διασφαλίζει ότι οι πληροφορίες είναι πάντα διαθέσιμες- ο επιτιθέμενος δεν πρέπει να είναι σε θέση να διακόψει την επικοινωνία ανά πάσα στιγμή. Ο καθορισμός πλεονασμού στο δίκτυο μπορεί να διασφαλίσει τη διαθεσιμότητα.

Αυθεντικότητα

Εξασφαλίζει ότι η πηγή μετάδοσης του μηνύματος είναι αξιόπιστη και εμποδίζει τον επιτιθέμενο να στέλνει πλαστά μηνύματα.

Τύποι επιθέσεων και απειλών στο IoBNT

Ο προσδιορισμός των επιθέσεων και των απειλών είναι επίσης σημαντικός για την ασφάλεια του δικτύου. Οι επιθέσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν από δύο τύπους επιτιθέμενων: εσωτερικούς επιτιθέμενους και εξωτερικούς επιτιθέμενους.

Οι εσωτερικοί επιτιθέμενοι είναι μέρος του συστήματος και έχουν πρόσβαση σε διαπιστευτήρια και άλλες πληροφορίες που απαιτούνται για την επικοινωνία με άλλες οντότητες του συστήματος.

Οι εξωτερικοί επιτιθέμενοι στο σενάριο της νανοεπικοινωνίας μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: Τοπικοί και απομακρυσμένοι επιτιθέμενοι.

Οι τοπικοί επιτιθέμενοι βρίσκονται κοντά στο νανοσύστημα που δέχεται επίθεση. Επιθέσεις όπως η υποκλοπή και η πλαστογράφηση μπορούν να πραγματοποιηθούν από αυτούς τους επιτιθέμενους.

Οι απομακρυσμένοι επιτιθέμενοι πρέπει να γίνουν τοπικοί επιτιθέμενοι προτού εξαπολύσουν την επίθεση.

Οι τύποι επιθέσεων που εξαπολύονται από αυτούς τους επιτιθέμενους ταξινομούνται σε τέσσερις ομάδες:

• Αποκάλυψη: Αυτού του είδους οι απειλές περιλαμβάνουν πρόσβαση στο σύστημα από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες. Στην περίπτωση των νανοδικτύων, οι επιθέσεις αυτού του είδους είναι πολύπλοκες για να εξαπολυθούν όταν χρησιμοποιείται μηχανική ή μοριακή επικοινωνία. Ωστόσο, η ηλεκτρομαγνητική και η ακουστική επικοινωνία ανοίγει την πόρτα στους επιτιθέμενους, καθώς η καλυπτόμενη περιοχή είναι σχετικά μεγάλη.

• Εξαπάτηση: Οι επιτιθέμενοι μπορούν να παραποιήσουν ή να χειραγωγήσουν δεδομένα με αυτόν τον τύπο επίθεσης. Η εισαγωγή ψευδών πληροφοριών στο δίκτυο μπορεί να αμφισβητήσει την αξιοπιστία του συστήματος. Έλεγχοι ακεραιότητας μπορούν να πραγματοποιηθούν για τον περιορισμό αυτών των επιθέσεων. 

• Διακοπή: Η διαθεσιμότητα και η αξιοπιστία μπορεί να ανασταλεί από αυτό το είδος επίθεσης. Δεδομένου ότι στο πλαίσιο των νανοδικτύων ο επιτιθέμενος μπορεί να τροποποιήσει παραμέτρους όπως η θερμοκρασία και το επίπεδο pH, για να διακόψει την επικοινωνία.

• Σφετερισμός: Μη εξουσιοδοτημένες οντότητες μπορούν να ελέγχουν τις υπηρεσίες ή τα μέρη του συστήματος, πέρα από την απλή διακοπή του συστήματος. Αυτή η επίθεση μπορεί να επιτρέψει στους επιτιθέμενους να προκαλέσουν δυσλειτουργίες ή ακόμη και να καταλάβουν ολόκληρο το σύστημα.

Άλλοι τύποι επιθέσεων που υιοθετούνται από τα παραδοσιακά δίκτυα παρατίθενται παρακάτω:

• Υποκλοπή: Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο επιτιθέμενος κατασκοπεύει την επικοινωνία μεταξύ δύο κόμβων.

• Spoofing/Altering/Replaying/Injection (παραποίηση/αλλοίωση/αναπαραγωγή/εισβολή): Οι επιτιθέμενοι προσπαθούν να γίνουν έμπιστοι παραποιώντας άλλους κόμβους και μεταδίδοντας κακόβουλες πληροφορίες.

• Βρόχοι: Προώθηση πακέτων σε κόμβους που δεν προορίζονται για το συγκεκριμένο μήνυμα με τη μορφή βρόχου.

• Επιλεκτική προώθηση: Απόρριψη μερικών από τα πακέτα που πρέπει να προωθηθούν στο επόμενο άλμα που αποφασίζει αν θα προωθηθούν ή όχι.

• Μαύρη τρύπα: Τύπος επιλεκτικής προώθησης όπου τα πακέτα απορρίπτονται.

• Sink Hole: Ο κατεστραμμένος κόμβος δημιουργεί μια τεχνητή καταβόθρα προσελκύοντας όσο το δυνατόν περισσότερη κίνηση.

• Warm Hole: Η δρομολόγηση διαταράσσεται με την προώθηση μηνυμάτων μακριά εντός του δικτύου μέσω ενός μυστικού καναλιού.

• Επιθέσεις Sybil: Τα γεωγραφικά πρωτόκολλα δρομολόγησης διαταράσσονται από έναν κακόβουλο κόμβο που διεκδικεί πολλαπλές ταυτότητες.

• Επίθεση πλημμύρας: Η διαθεσιμότητα και η ενέργεια των δυνητικών κόμβων ξεπερνιούνται από διεφθαρμένους κόμβους μέσω της αποστολής πλαστών μηνυμάτων.

• Επίθεση αποσυγχρονισμού: Οι αριθμοί ακολουθίας των μηνυμάτων που αποστέλλονται, χειραγωγούνται από τους κακόβουλους κόμβους.

• Επίθεση παρεμβολής: Ο επιτιθέμενος διακόπτει την επικοινωνία μεταξύ άλλων κόμβων δημιουργώντας θόρυβο στο κανάλι επικοινωνίας.

• Αιχμαλωσία κόμβων: Οι κόμβοι αιχμαλωτίζονται για να αποκτήσουν κλειδιά κρυπτογράφησης και οι αισθητήρες μπορούν επίσης να επαναπρογραμματιστούν ώστε να γίνουν κακόβουλοι.

Προσεγγίσεις εμπνευσμένες από τη βιολογία ως μέτρα ασφαλείας για το Διαδίκτυο των Βιο-νανοπραγμάτων

Οι υπάρχοντες μηχανισμοί ασφάλειας και προστασίας της ιδιωτικής ζωής που χρησιμοποιούνται για τα παραδοσιακά δίκτυα επικοινωνίας δεδομένων δεν μπορούν να εφαρμοστούν άμεσα στο παράδειγμα του νανοδικτύου επικοινωνίας.

Οι υπάρχουσες τεχνικές κρυπτογραφίας και κρυπτογράφησης, όπως οι AES και  RSA, απαιτούν υψηλή υπολογιστική ισχύ, ενώ οι νανομηχανές μπορούν να χειριστούν μόνο ελαφρές λύσεις ασφάλειας λόγω της  χωρητικότητάς τους σε νανοκλίμακα. Η χρήση της κλασικής κρυπτογραφίας μπορεί να είναι αναποτελεσματική εάν μεταδίδονται μόνο περιορισμένες πληροφορίες (όπως η αποστολή ενός μικρού συγκεκριμένου μορίου για την αποστολή ενός bit πληροφορίας). Τότε η προσθήκη ψηφιακής υπογραφής ή ενός μακροχρόνιου κρυπτογραφικού κώδικα για τον έλεγχο της ταυτότητας των μηνυμάτων δεν είναι κατάλληλη.

Πολλά υπάρχοντα συστήματα ασφαλούς εντοπισμού βασίζονται σε μετρήσεις χρόνου πτήσης- αυτά δεν είναι άμεσα εφαρμόσιμα, καθώς θα απαιτούσαν ακρίβεια κάτω του νανοδευτερολέπτου. Ωστόσο, υπάρχει ένας αριθμός αλγορίθμων ασφάλειας εμπνευσμένων από τη βιολογία, οι οποίοι μπορούν να τροποποιηθούν ή να μειωθούν στο επίπεδο της νανοκλίμακας ώστε να καταστούν εφικτοί για νανοδίκτυα.

Η μοριακή επικοινωνία (MC) είναι ένας από τους μηχανισμούς επικοινωνίας των νανοδικτύων που χρησιμοποιεί μόρια για την ανταλλαγή πληροφοριών. Η ίδια η μοριακή επικοινωνία είναι εμπνευσμένη από τη βιολογία και προσαρμόζει τους μηχανισμούς επικοινωνίας που υπάρχουν στη φύση, π.χ. επικοινωνία μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Υπάρχει ένα καθιερωμένο ερευνητικό πεδίο  που στοχεύει στη χρήση εμπνευσμένων από τη βιολογία προσεγγίσεων, για την επίλυση προβλημάτων ανάλογα με τον τομέα εφαρμογής.

Υπάρχουν τρεις ερευνητικοί τομείς βιο-εμπνευσμένων προσεγγίσεων:

Η βιο-εμπνευσμένη πληροφορική αντιπροσωπεύει μια κατηγορία λύσεων που εστιάζουν στην παροχή αποτελεσματικών υπολογιστικών λύσεων π.χ. αλγόριθμοι βελτιστοποίησης και αναγνώρισης προτύπων.

Η κατηγορία των βιο-εμπνευσμένων συστημάτων παρέχει λύσεις εμπνευσμένες από τη φύση για μαζικά κατανεμημένα και συνεργατικά συστήματα. Η κλάση των βιοεμπνευσμένων δικτύων παρέχει στρατηγικές για αποτελεσματική και κλιμακούμενη δικτύωση υπό αβέβαιες συνθήκες.

Υπάρχει μια ταξινόμηση βιοεμπνευσμένων προσεγγίσεων που παρέχει αποτελεσματικές λύσεις για την ασφάλεια στα δίκτυα υπολογιστών.

Τεχνητό ανοσοποιητικό σύστημα (AIS)

Το τεχνητό ανοσοποιητικό σύστημα έχει οριστεί από τους Castro και Timmis ως «προσαρμοστικά συστήματα, εμπνευσμένα από τη θεωρητική ανοσολογία και τις παρατηρούμενες ανοσολογικές λειτουργίες, αρχές και μοντέλα, τα οποία εφαρμόζονται στην επίλυση προβλημάτων».

Υπάρχουν ορισμένα ελκυστικά χαρακτηριστικά που καθιστούν ένα ανοσοποιητικό σύστημα, είτε πρόκειται για φυσικό είτε για τεχνητό, ως κατάλληλο για τη διασφάλιση νανοεφαρμογών με χρήση μοριακής επικοινωνίας.

Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι η ευρωστία, η ενίσχυση, η μνήμη, η κατανομή, η προσαρμογή, η αναγνώριση και η δυναμικά μεταβαλλόμενη κάλυψη.

Τα τρία κύρια ερευνητικά πεδία που σχετίζονται με το τεχνητό ανοσοποιητικό σύστημα είναι: 

1. Τα Ανοσοποιητικά δίκτυα 
2. Η Κλωνική επιλογή 
3. Η Αρνητική επιλογή.

Προσεγγίσεις μοριακής ασφάλειας σμήνους

Η έννοια του σμήνους αναφέρεται σε μια ομαδοποίηση μεμονωμένων μονάδων για την εκτέλεση σύνθετων εργασιών που είναι δύσκολο να πραγματοποιηθούν μόνες τους.

Οι προσεγγίσεις ασφάλειας με βάση το σμήνος είναι εξαιρετικά ενδεδειγμένες για την ασφάλεια των νανοδικτύων, καθώς μπορούν να υλοποιηθούν σε ελαφριά συστήματα. Αυτού του είδους οι προσεγγίσεις ασφάλειας είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές, καθώς είναι εύρωστες, αυτοδιαμορφούμενες και προσαρμοστικές.

Οι μηχανισμοί που υιοθετούνται στη φύση για την άμυνα κατά των επιθέσεων και των εισβολέων μπορούν να αντιμετωπιστούν με τη νοημοσύνη σμήνους.

Ομοίως, τα νανορομπότ έχουν ελάχιστη νοημοσύνη και δυνατότητες μεμονωμένα, αλλά όταν σχηματίζουν μια ομάδα, μπορούν να παρέχουν έναν αποτελεσματικό μηχανισμό κατά των εισβολέων.

Βιοχημική κρυπτογραφία

Οι Falko Dressler κ.ά. όρισαν τη βιοχημική κρυπτογραφία ως «ένα πρωτότυπο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματική διασφάλιση καναλιών πληροφοριών σε βιολογική βάση». 

Οι τεχνικές βιοχημικής κρυπτογραφίας που έχουν προταθεί μέχρι σήμερα χρησιμοποιούν μόρια DNA για την κρυπτογράφηση πληροφοριών.

Η σημασία της ασφάλειας στο Διαδίκτυο των Βιο-νανοπραγμάτων (IoBNT)

Η σύνδεση του ανθρώπινου σώματος με τον εξωτερικό κυβερνοχώρο μέσω του IoBNT δημιουργεί μια σειρά από απειλές και ζητήματα ασφάλειας για το ανθρώπινο σώμα. Υπάρχει ένας αριθμός πιθανών απειλών και επιθέσεων που μπορούν να εξαπολυθούν για τη διακοπή της επικοινωνίας.

Ο Ian Akyildiz και τα μέλη της ομάδας του έχουν επινοήσει τον όρο «Βιο-Κυβερνοτρομοκρατία» για τις επιθέσεις στο IoBNT, κατά την πρωτοποριακή εργασία τους πάνω στο IoBNT. 

Οι μηχανισμοί ασφαλείας που χρησιμοποιούνται για τα παραδοσιακά δίκτυα απαιτούν υψηλή υπολογιστική ισχύ, η οποία υπερβαίνει τις δυνατότητες των νανομηχανών.

Η διαθέσιμη μνήμη και οι δυνατότητες επεξεργασίας των νανομηχανών είναι εξαιρετικά περιορισμένες, γεγονός που καθιστά τη χρήση πολύπλοκων αλγορίθμων και πρωτοκόλλων επικοινωνίας ανέφικτη στο νανοσύστημα.

Υπάρχει τεράστια ασυμμετρία μεταξύ της υπολογιστικής ισχύος των επιτραπέζιων υπολογιστών και μιας μεμονωμένης νανομηχανής. Αυτός ο περιορισμός μπορεί να επηρεάσει το επιτεύξιμο επίπεδο ασφάλειας, καθώς μπορεί να χρειαστεί να εργαστεί κανείς για μικρά μήκη κλειδιών λόγω περιορισμών πόρων, γεγονός που θα επέτρεπε στους επιτιθέμενους να εκτελέσουν εύκολα επιθέσεις ωμής βίας χρησιμοποιώντας υπολογιστικά συστήματα υψηλής απόδοσης, π.χ. μέσω καρτών γραφικών.

Η εμπνευσμένη από τη βιολογία δικτύωση είναι μια καθιερωμένη ερευνητική περιοχή που παρέχει λύσεις που έχουν προσαρμοστεί από τη φύση σε μια σειρά από υπολογιστικά προβλήματα.

Το IoBNT έχει πολλές δυνατές εφαρμογές στον τομέα της υγείας, οι οποίες διευκολύνουν τους ασθενείς να απαλλαγούν από χρονοβόρες ιατρικές εξετάσεις, να εξοικονομήσουν τον χρόνο που απαιτούν οι ιατρικές επισκέψεις και την απαίτηση να βρίσκονται στην ίδια τοποθεσία με τον γιατρό τους.