Nauka a walka z terroryzmem – przykłady

W związku z ostatnimi zamachami terrorystycznymi we Francji pomyślałem,że na czasie będzie krótki artykuł o sposobach zwalczania zagrożenia terrorystycznego przy użyciu nowoczesnych środków technicznych. Rzecz jasna, dużo większą wiedzę mają specjaliści – antyterroryści, z racji wykonywanego zawodu. No ale.Nie można mieć wszystkiego.

Zacznijmy od klasycznych zabezpieczeń przeciwko bombom,szczególnie na lotniskach. Podstawowym rozwiązaniem są bramki,stosowane w celu wykrycia urządzeń metalowych. Ich zasada działania jest podobna jak zasada działania wykrywacza metalu – jednak, jak podaje choćby polskojęzyczna Wikipedia, lotniskowe detektory metalu często mogą nie wykryć małych pistoletów,ze względu na świadomą kalibrację w celu ograniczenia niepotrzebnych alarmów.Jednocześnie zaś rozwiązanie to – jak wszystkie wysokie pola magnetyczne – jest potencjalnie niebezpieczne dla osób z rozrusznikiem serca, które mogą mieć już problemy.Co prawda niektórzy pracownicy obsługi lotniska twierdzą, że nie ma tu aż takiego zagrożenia ale… Zdecydowanie zagrożone są osoby z urządzeniami mierzącymi EKG metodą Hotlera,dla których może to stanowić zagrożenie życia.

Kolejnym sposobem jest „prześwietlenie” zawartości bagażu często przy pomocy promieniowania X, które jednak ocenia się generalnie jako nieszkodliwe dla układów elektronicznych – gorzej jednak np. z czułymi kliszami fotograficznymi.

W przypadku ludzi nowszym rozwiązaniem może to być np. promieniowanie mikrofalowe pochodzące ze skanera tetrahercowego pracującego na falach milimetrowych.[Wiki: Ang]. Przykładowe niewielkie urządzenie pasywne tego typu (o ile dobrze pamiętam z telewizji w Australii coś takiego chyba służy do sprawdzania np. wwożonej żywności) można zobaczyć na poniższym obrazku:

Rozmaite urządzenia tego typu umożliwiają wgląd w zawartość bagażu oraz pod ubranie. Urządzenia aktywne,to natomiast tego rodzaju bramki:

Oczywiście, klasycznym dzisiaj narzędziem do wykrywania podejrzanych substancji chemicznych wciąż jest pies. Tym niemniej coraz powszechniejsze jest jednoczesne stosowanie sensorów chemicznych wykrywających opary materiałów wybuchowych i np. technik spektroskopowych będących wariacją spektroskopii Ramana (spektroskopia CARS).Tym niemniej – wiem,że istnieją np. substancje wybuchowe bardzo trudne w wykryciu jak PETN, a przy użyciu produktów powszechnie dostępnych w sklepach wolnocłowych terroryści mogą wykonać broń, o czym wspomina niebezpiecznik i strona Evana Bootha. Pełne bezpieczeństwo jest zatem oczywiście niemożliwe, pytanie jakie sobie zadają osoby które chcą zapobiegać zagrożeniu terrorystycznemu powinno więc brzmieć „jak zapewnić większe bezpieczeństwo” np. od materiałów wybuchowych i innych niebezpiecznych substancji.

Niewątpliwie całkiem dobrym sposobem są rozwiązania związane ze „sztucznym węchem” i omawianymi już urządzeniami podobnymi, do omawianych już urządzeń typu lab on a chip ,oraz klasyczne,obecne już dziś sensory chemiczne. Być może nie wykryją one takich substancji jak PETN,ale mogą wykryć tani materiał wybuchowy zastosowany choćby przez takiego Andersa Brevika i zamachowca z Oklahoma City. W Polsce podobno planował go użyć Dr Brunon Kwiecień aresztowany przez ABW pod zarzutem próby organizowania ataku na sejm. Materiał ten to ANFO, czyli mieszanina Saletry z olejem napędowym,gdzie na saletrę przypada jakieś 3-6% oleju napędowego. Jest to niewątpliwie najtańszy materiał wybuchowy stosowany przez współczesnych terrorystów. Współcześnie jednak, do saletry dodawać można podobno odpowiednie inhibitory zwłaszcza związki takie jak typu FeSO4 i Fe2[SO4]3, które uniemożliwiają wybuch. Prawdopodobnie „zanieczyszczenia” te można jakoś usunąć. Zresztą akurat te sole żelaza i kwasu siarkowego nie są korzystne dla wszystkich gleb no i więcej kosztują, jest to też stosunkowo nowe rozwiązanie. Co szczególnie istotne, dzięki upowszechnieniu takich urządzeń, możliwe byłoby też wykrycie zagrożeń biologicznych związanych z bioterroryzmem. Po 11 września 2001 roku doszło bowiem do incydentów z przesyłkami zawierającymi sproszkowane bakterie wąglika, znane są też przypadku prób wykorzystania broni chemicznej przez japońską sektę „Aum Shinrikyo”. Co jeszcze ważniejsze, wykrycie powszechnego w przypadku współcześnie stosowanej broni i amunicji prochu strzelniczego powinno skutecznie ograniczyć możliwość niepostrzeżonego poruszania się z bronią palną potencjalnych zamachowców. Kluczowe jest jednak zwrócenie uwagi na problem sygnałów typu „false positive” i związanych z tym nieprzyjemności, jakie mogą spotkać zwykłych, nieuzbrojonych obywateli. Jak na razie obecne urządzenia najprawdopodobniej nie umożliwiają jeszcze dokładnego „widzenia przez ściany” – trwają jednak badania nad tym rozwiązaniem w technologii tetrahercowej. Powszechne są jednak (choć kosztowne) już dziś celowniki termowizyjne, dzięki którym można obserwować cel już dziś, przez mgłę lub dym (a dym może np. pochodzić z granatu dymnego). Ponadto do obserwacji mogą posłużyć wprowadzane przez szczelinę mikrokamery (na kablu elektronicznym lub światłowodowym) – stosowane również przykładowo w defektoskopii.

Oczywiście w przypadku przeciwdziałania terroryzmowi, wyszkolonym agentom pomóc może również znajomość technik kryminalistycznych i korzystanie z klasycznych urządzeń podsłuchowych. Pomimo faktu,że w Polsce nie stosuje się często zaawansowanych typowo zachodnich technik kryminalistycznych (koszty,koszty !) również te techniki są do dyspozycji przeciętnego agenta służb specjalnych. Wiele takich technik w pewnej formie można poznać choćby w serialach takich jak seria CSI, wielu rzeczy oficerowie śledczy mogą nauczyć się choćby z podręcznika „Kryminalistyka” autorstwa prof. Brunona Hołysta.

Jeśli chodzi o informatyczne technologie inwigilacji, to nie bez powodu o współpracę ze służbami oskarżani są giganci, tacy jak np. Facebook czy Google+ oraz giganci branż elektronicznych jak Microsoft. NSA i FBI swego czasu wydawały krótkie podręczniki m.in. o prowadzeniu inwigilacji w portalach społecznościowych. O tym wie wiele osób, zresztą, nie zawsze dane oskarżanych o przestępstwa są ujawniane przez gigantów. Mniej powszechna jest jednak świadomość coraz istotniejszej roli w inwigilacji obywateli, jakie stanowią i stanowić będą m.in. drony obserwacyjne. Niestety zignorowanie przez nie będzie dużo trudniejsze,niż wymknięcie się portalom społecznościowym,które przecież na podstawie cudzej książki adresowej nie tylko zdobyć mogą imię i nazwisko adresata,ale potrafią naprzykrzać się z „zaproszeniami”. Przechwytywanie ruchu sieciowego czy analiza zawartości przechwyconych dysków twardych często pozwala często na wykrycie u podejrzanych zaszyfrowanej zawartości bądź danych mogących mieć potencjalne steganograficzne dodatki wykorzystując odpowiednie oprogramowanie analityczne. Każda aktywność w internecie pozostawia też sporo śladów które mogą być monitorowane. Ponadto komputery kwantowe w posiadaniu władz, mogą skutecznie położyć kres bezpieczeństwu niektórych dotychczas stosowanych szyfrów, o czym już wspominałem. Również telefonia komórkowa jest wspaniałym narzędziem inwigilacji – i jednorazowe korzystanie z telefonów na kartę nie jest tu rozwiązaniem choćby ze względu na numer IMEI. Zapisywanie położenia telefonu komórkowego względem anten, czy możliwość zastosowania choćby IMSI Catchera [patrz niebezpiecznik] to podstawowe możliwości (a dla osoby inwigilowanej – wady) telefonii komórkowej, które należy wymienić. W przypadku smartfonów dochodzą np. dane exif zdjęć i geolokalizacja (jak się jej nie wyłączy). Dane geolokalizacyjne zdjęcia wykorzystali choćby w 2007 roku Irakijczycy (czyli bojownicy/terroryści), którzy korzystając ze wrzuconych na FB zdjęć zniszczyli 4 helikoptery AH-64 (Apache) warte w sumie 80 mld. dolarów. Nie można też zapominać o koniach trojańskich – zarówno klasycznych wirusach jak i rządowych narzędziach takich jak RCS Galileo. Współcześnie z ich pomocą atakować można zarówno telefony komórkowe jak i komputery. Możliwości jest wiele, a wprawny czytelnik może być nawet lepiej poinformowany niż ja w tych kwestiach,dlatego też nie będę opisywał problemu szerzej.

Dość istotne są również publiczne i prywatne systemy monitoringu. Współcześnie znane są bardzo wydajne narzędzia stosowane do rozpoznawania twarzy na podstawie pomiarów różnych jej parametrów, znane są też inne biometryczne mechanizmy rozpoznawania osób np. poprzez analizę chodu. Jeśli chodzi o systemy rozpoznawania twarzy – niektóre są nawet OpenSource – np. dostępny na serwisie Github CCV , czy OpenCV. (kod źródłowy OpenCV tutaj). Część z tych systemów (przynajmniej te tańsze),można jednak stosunkowo łatwo „oślepić”.

Słabością systemu jest jednak (jak zwykle) człowiek i jego metody kojarzenia. W przypadku zamachowców z Paryża, braci Kouachi jeden z napastników był znany z rekrutowania dżihadystów dla terrorystów tzw. „państwa islamskiego”, ba – był skazany za to przez sąd. Mimo to nie prowadzono w jego przypadku stałej i dokładnej obserwacji – choć niewątpliwie, nawet gdyby nie dokonał zamachu byłaby ona niezmiernie pouczająca dla Francuskich specsłużb.

Jest zatem zwyczajnie głupie (no chyba, że założymy przestępczy charakter służb i funkcjonariuszy państwowych oraz ich złą wolę – co w ich oczach zresztą, uczyniłoby nas „groźnymi ekstremistami”), że służby w odpowiedzi na takie zdarzenie chcą inwigilować wszystkich obywateli, a politycy twierdzą,że Europie potrzebny jest „Europejski Patriot Act”. Prawo do skorzystania ze wszystkich technologii bez nakazu sądu wobec każdego jest polem do nadużyć i jest bezzasadne, bo skoro służby nie potrafią skorzystać z posiadanych już praw, przeciwko osobom które w sposób jasny są ogniwami organizacji jawnie terrorystycznej – to albo nie posiadają na tyle kompetentnych ludzi by to zrobić, albo też nie zależy im na rzeczywistym zwalczeniu terroryzmu. Które zresztą, może być realizowane tylko przez profilaktykę (monitorowanie krytycznych zdarzeń i usuwanie przyczyn terroryzmu) i intensywną inwigilację już istniejących organizacji terrorystycznych sprawiających realne zagrożenie. Jest to tym bardziej wyraźne,że zamachowiec ze sklepu koszernego nawet nie odłożył poprawnie telefonu, co sugeruje,że przynajmniej wykonawcy zamachów nader często mogą być wręcz tzw. „osobami elektronicznie wykluczonymi”,a jego nieznajomość technologii ułatwiła przeprowadzenie szturmu. Również bracia Kouachi potrzebowali zmuszenia jednej z pracownic do otwarcia im przejścia do redakcji Charlie Hebdo. Nie było w tym wykorzystania żadnej technologii – wręcz przeciwnie. Monitorowanie przepływu informacji i ścisły monitoring stanu posiadania obywateli ma natomiast inny, niebezpieczny cel. Jest to celowe – lub nie – działanie, które skutkować może tylko obaleniem porządku demokratycznego przez organa rządowe, które w teorii tego porządku miały właśnie strzec.

I to też byłaby forma terroryzmu / zamachu stanu, tyle że w wykonaniu osób które przez pewien czas pracowały w organach państwowych. Pewną formę takiej niewłaściwej, wręcz terrorystycznej działalności służb (i oporu wobec takich działań) opisał Doctorow Cory w swojej książce „Mały Brat” (licencja CC). Problem wiec w istocie, nie ogranicza się wcale do techniki – lecz również jest związany z osobami ją stosującymi i nader ważnymi kwestiami socjologicznymi,psychologicznymi itd. Nie jest to jednak już problem który powinien być rozpatrywany na tym blogu w sposób dokładny.

Reklamy

Lab on a chip – laboratorium analityczne mieszczące się w dłoni

Technologia „Lab on a chip” (LoC) została całkiem opisana dobrze np. w anglojęzycznej wersji wikipedii, ale jakoś nie jest za bardzo znana u nas,poza środowiskami specjalistów [Przykładowy całkiem dobry artykuł na specjalistycznym portalu]. Za granicą napisano na ten temat napisano już stosunkowo wiele książek, istnieje też odpowiednie czasopismo naukowe, istniejące od 2001 roku.Nosi ono nazwę (a jakże) „Lab on a chip”. Tymczasem u nas poza środowiskiem biotechnologicznym i może środowiskiem chemików-analityków temat nie jest zbyt znany. Pewnie dlatego,że niestety Polska nie jest obecnie jakimś przodującym technologicznie krajem, niczym USA, Niemcy czy „Azjatyckie Tygrysy… A może, to ze względu na to, że ta technologia wciąż znajduje się w fazie testów, albo dlatego, że jeszcze nie została powszechnie wdrożona ? Nieważne. W każdym razie, jest to niewątpliwie fascynująca technologia, powiązana ściśle z dziedziną sensorów (Wikipedia o sensorach: [PL] [Ang]), zwłaszcza sensorów chemicznych i jest warta omówienia. Nie tylko ze względu na rewolucję w analizie DNA jaką umożliwiają już teraz urządzenia z tej rodziny.

Słowo sensor jednak niewiele mówi ludziom mniej technicznym. A więc może tak bardziej obrazowo ? :

Wchodzisz sobie do sklepu i idziesz na dział mięsny, kupić (powiedzmy) kiełbaskę na grilla (ok, wiem, ”grill w zimie ?!”). Sprawdzasz komórką i już wiesz ile mięska jest w kiełbasie, jaka jest świeża itd. Jesteś wege ? Nie szkodzi. Wyobraź sobie, że dzięki takiemu urządzeniu możesz sprawdzić, czy twoja wegetariańska żywność jest świeża. A może chorujesz na jedną z popularnych chorób cywilizacyjnych albo masz pecha od czasu do czasu zachorować ? Wbudowany np. w twój telefon komórkowy lub inny leżący na biurku analizator być może rozpozna,co ci jest. Sam albo podłączony do komputera z odpowiednim oprogramowaniem… Już nie mówię o sprawdzeniu następnego dnia po imprezce, czy można bezpiecznie pojechać samochodem, albo o telefonie który wykrywając tlenek węgla („czad”) zacznie „hałasować” odpowiednio wcześnie by uratować osoby korzystające z niewłaściwej instalacji przed uduszeniem się,albo pożarem. Słowem – elektroniczny nos, a może i lepiej ? Tak. Przy czym, nie tylko precyzyjniejsze od nosa większości ludzi (niektórzy mają naprawdę wyczulone zmysły) urządzenie ale i kieszonkowe laboratorium analityczne.

Co ważne: Te urządzenia nie muszą być tylko wbudowaną funkcją telefonu komórkowego. Takie coś, to raczej szczególny przypadek. Tu chodzi – jak pisałem – o wyspecjalizowane, a jednocześnie podręczne (i poręczne) małe „laboratorium”. Za w miarę dobrą cenę. Bez potrzeby zdobywania dużych próbek i posiadania licznych odczynników. Bez sporej wiedzy chemicznej. I być może, w przyszłości nie tylko dla bogaczy, lecz raczej do masowego użytku. Co więcej, całą nauka dotycząca zamknięcia laboratorium w jednym małym układzie nie ogranicza się do prostego chipu, lecz równie zawiera w sobie rozwój innych technik analizy chemicznej.

Aktualnym, dobrze opanowanym rozwiązaniem są choćby układy mikrofluidalne zintegrowane z układami w technologii CMOS.

Przykładowy układ oparty o (mikro)kanaliki na szkle – bez chipu. Żródło – Wikipedia:

To, co widać na obrazku, to jeszcze stosunkowo „klasyczny” analityczny (mikro)reaktor chemiczny – w tym przypadku jeszcze o stosunkowo dużych rozmiarach i stosunkowo mało skomplikowany,bez układu elektronicznego. Tego typu (mikro)reaktory chemiczne Składają się one zazwyczaj z wielu „studni” na odczynniki (charakterystyczne kółka), kanałów i komór reakcyjnych, obszaru wyjściowego. Czasem dodatkiem może być odpowiedni element służący do separacji chemicznej. Rezultatem jest odpowiednia substancja chemiczna „na wyjściu”, która oddziałuje chemicznie albo w inny sposób na odpowiednią część układu – czy to elektryczną,czy chemiczną. W niektórych przypadkach są one koniecznym „bardziej mechanicznym” elementem układu. Same otwory i mikrokanaliki wycinać można np. przy użyciu precyzyjnego lasera CO2.

Następnie, można dokonać pomiaru – czy to dzięki efektom optycznym (obserwowanym np. jako świecąca się dioda), czy to dzięki efektom elektrycznym.

Sposobów, na uzyskanie wyników takiego pomiaru w formie elektrycznej jest wiele, np:

  • oddziaływanie wyizolowanej substancji – lub substancji uzyskanej w wyniku reakcji z odpowiednim reagentem poszukiwanej substancji na obwód elektryczny (co najbardziej pasować może do takiego układu, który mógłby być stosowany np. w smartfonie).
  • wykorzystanie sensora mechanicznego, którego mechaniczny sygnał można przetworzyć w impuls elektryczny dzięki piezoelektrykowi
  • pomiar za pomocą odpowiednich układów temperatury
  • pomiar zmian pola magnetycznego
  • itd.

Urządzenie Lab on a Chip ze strony http://microfabb.com/lab-on-a-chip/

Należy zaznaczyć, że odpowiednie elektrody mogą być również wprowadzone w (mikro)kanaliki, przez który przepływa substancja w trakcie reakcji,albo i przed reakcją. Same zaś komory reakcyjne z (mikro)kanalikami, ”studniami” i resztą układów mogą być (i zazwyczaj bywają) naniesione bezpośrednio na klasyczny układ scalony będący rodzajem mikroprocesora i uniwersalnego sensora. Na tym polega cała sztuczka. Układ elektroniczny (czy inny) dzięki określonemu bodźcowi, lub zespołowi bodźców na określonym poziomie potwierdza obecność danej substancji chemicznej. Cała reszta to odpowiednie pobieranie próbek, odpowiednie reakcje chemiczne i miniaturyzacja.

LoC - wizja artystyczna. Na podstawie obrazu ze strony: http://microlab.dei.uminho.pt/labchip/labchip.htm

Oczywiście problemem mogą być wyniki typu „false positive” i „false negative” (potencjalnie nieco ograniczona precyzja), poza tym, niektórych substancji zapewne nie da się wykrywać dokładnie tymi metodami. Tyle, że dotychczasowe techniki chemiczne nie są wcale koniecznie zawsze lepsze. A mówimy tu o tanim i podręcznym laboratorium, nie o wyeliminowaniu dużych laboratoriów chemicznych – więc to rozwiązanie będzie przynajmniej dla części zastosowań wystarczające.

Czy zatem niebawem dostaniemy takie podręczne urządzenia analityczne za rozsądną cenę ? Nie stanie się to zapewne szybko, ale możliwe, że najpóźniej w następnym dziesięcioleciu zaczną się pojawiać nawet telefony z funkcjami, które przedstawiłem we wstępie dla osób mniej technicznych.

PS: Szczęśliwego nowego roku 2015 !

Krótko i prosto o sensorach

Czym jest sensor ? Właściwie,Polski odpowiednik tego słowa, czujnik nie oddaje pełni znaczenia angielskiego,które jest powiązane również z naszymi zmysłami.

W Polskim języku obecne jest ponadto określenie detektor.Pomimo faktu,że obserwacja,a wykrycie danego zjawiska to są dwie różne sprawy w mowie potocznej właściwie nie ma sensownego rozróżnienia.

Zasadniczo,zbiorczo, urządzenia tego typu można opisać jako narzędzia, do wychwytywania sygnałów ze środowiska i przetwarzania ich na inne sygnały. Co można obserwować ? Zasadniczo praktycznie każde zjawisko fizyczne,do którego stworzyło się odpowiednie i odpowiednio precyzyjne narzędzie pomiaru. Pełna lista typów sensorów zaprezentowana przez anglojęzyczną wikipedię jest dość długa. Jak widać mierzyć można dźwięki i wibracje,zjawiska chemiczne i elektromagnetyczne,zjawiska optyczne,ciśnienie,promieniowanie, siły,przepływy płynów,położenia,zjawiska termodynamiczne w tym temperatury,siły,przyspieszenia,zjawiska biologiczne i wiele,wiele innych rzeczy.

 

Jeśli chodzi o prostą detekcję chemiczną, prymitywnym detektorem zasadowości mogłaby być fenoloftaleina (którą to właściwość można zapamiętać szkolnym wierszykiem „fenoloftaleina,jak dziewczyna,rumieni się dla zasady”),a papierek lakmusowy,dzięki któremu mierzymy dokładnie ph – sensorem. Ale rzecz w tym,że w istocie,przez sensory i detektory również potocznie rozumiemy narzędzia w coraz większym stopniu autonomiczne,zaś prymitywne narzędzia, służące do obserwacji i pomiaru materialnych stanów są wypierane.Co może być współczesnym sensorem ? Też wiele rzeczy,poczynając od odpowiednich powierzchni i związków chemicznych, po zminiaturyzowane urządzenia elektroniczne czy Mikroelektromechaniczne urządzenia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems, które mogą być np. takimi układami :

ale nie tylko,ponieważ jak wspominałem – sensory to nie tylko elektronika. Generalnie układy typu MEMS są również obecne np. w dyskach twardych,które zawierają mikrosensory spadku swobodnego. Rozmiar też może być różny. Ale właściwie po co to wszystko ? Wspominałem już o chipach neuromorficznych,jako o rozwiązaniu mogącym m.in poprawić „inteligencję” niektórych urządzeń.Co to ma do rzeczy ?

Nie trzeba naśladować mózgu,żeby zauważyć,że nawet proste urządzenia posiadające „zmysły” może reagować na pewne zjawiska w otoczeniu na bardzo prostym poziomie.Przykładem, jest choćby odruch cofnięcia ręki, w odpowiedzi na parzące gorąco.A nasze otoczenie, bez wątpienia jest zmienne. Zatem „inteligentne” (przy czym, jest to inteligencja niskiego poziomu) urządzenia i materiały mają przewagę. W praktyce, sensory nie muszą być tak skomplikowane, jak mikroprocesory,co nie oznacza,że ich masowe użycie jest tanie.W przyszłości jednak,sensory wszelkiego typu będą coraz powszechniejsze,i to nie tylko w samochodach i samolotach. A zawdzięczać je będziemy inżynierii materiałowej, elektronice, rozwojowi mikrotechnologii i nanotechnologii.Niektórzy powiedzą,że przecież na przeszkodzie stoi koszt.Ale zapominają o jednej ważnej wartości.Wartości informacji uzyskanej dzięki sensorom.Które dzięki ciągłemu wzrostowi wartości informacji mają niezagrożoną przyszłość.Prawidłowe wykrycie zagrożenia pozwala uniknąć awarii.Prawidłowe wykrycie awarii zaś, obniża koszt i czas naprawy.Moim zatem zdaniem, coraz nowsze i tańsze sensory to przyszłość.Nie rzucająca się w oczy,ale bardzo istotna i bardzo złożona kwestia techniczna o podstawowym znaczeniu.