基于DNA核酶的分子加密系统

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2017.06.007

信息网络安全 ›› 2017, Vol. 17 ›› Issue (6): 43-48.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2017.06.007

基于DNA核酶的分子加密系统

李一凡¹, 吴燃峰¹, 杨静¹, 张成²

1. 华北电力大学控制与计算机工程学院,北京102206;
2. 北京大学信息科学技术学院,北京100871

收稿日期:2017-04-01 出版日期:2017-06-20
通讯作者: 杨静 yangjing369@gmail.com
作者简介:李一凡（1994-）,女,河南,硕士研究生,主要研究方向为DNA计算、分子密码和DNA纳米技术;吴燃峰（1992-）,男,湖北,硕士研究生,主要研究方向为DNA计算、分子密码和DNA纳米技术;杨静（1982-）,女,河北,副教授,博士,主要研究方向为分子计算、分子密码及纳米智能系统;张成（1980-）,男,河南,副教授,博士,主要研究方向为分子计算、计算模型构建、分子密码技术、纳米信息处理和微流芯片控制。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目 [61370099,61672044]; 中央高校基本科研业务专项基金[2016MS46]

A Molecule Encryption System Based on DNAzyme

LI Yifan¹, WU Ranfeng¹, YANG Jing¹, ZHANG Cheng²

1.College of the Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China;
2. College of Information Science and Technology, Beijing University, Beijing 100871, China

Received:2017-04-01 Online:2017-06-20

摘要/Abstract

摘要： 与传统加密技术相比,DNA加密技术有很多潜在优势,如存储容量大、破译难度高、以及特异性强。文章基于一次一密原则利用DNA核酶切割完成信息的加密和解密。首先,将信息和选择好的一次性密钥进行DNA编码,将待传输信息转换为DNA序列,生成DNA明文。将密钥与明文进行异或算法,得到密文DNA序列。再把多种DNA核酶的识别位点与DNA密文序列以及密钥以一定规则结合形成完整的DNA密文。此处引入的DNA核酶具有很强的特异性,即使获取了相应的数据池,没有相匹配的DNA核酶就不能对密文信号进行进一步的处理,增强了破译难度,提升了整体加密系统的安全性。

关键词: DNA计算, DNA核酶, DNA加密, DNA解密

Abstract: Based on the form of a one-time-pad, we proposed the information encryption and decryption with DNAzyme cutting in this study. To encrypt the information ,we xor the key with the plaintext and we can get the cipher text. Then the plaintext , the key and the ciphertext are compiled into DNA codes. In accordance with the rule , the recognition sites of some DNAzyme combine with the cipher text and the key into the entire DNA sequence. Thus, the DNAzyme here has high specificity, even the data pool is intercepted , it is too hard to decode the ciphertext without the right DNAzyme. Compared with the traditional encryption technology, DNA encryption has many potential advantages, such as huge storage capacity, difficulty of passwords deciphering and high specificity. Thus, this study may demonstrate that DNA encryption has great potential applications in the field of information security.

Key words: DNA computing, DNAzyme, DNA encryption, DNA decryption

中图分类号:

TP393

李一凡, 吴燃峰, 杨静, 张成. 基于DNA核酶的分子加密系统[J]. 信息网络安全, 2017, 17(6): 43-48.

LI Yifan, WU Ranfeng, YANG Jing, ZHANG Cheng. A Molecule Encryption System Based on DNAzyme[J]. 信息网络安全, 2017, 17(6): 43-48.

参考文献

[1] VLATKO V, MARTIN B. Basic of Quantum Computation[J]. Progress in Quantum Electronics,1998 (22)：1-39 .
[2] GAO F, NIU H, ZHAO H A. Study on Numerical Simulation of Imager Construction in Optical Computer Tomography [J]. Bioimaging, 1997, 5(2):51-57.
[3] 王辉,石润华,仲红,等. 一种基于量子超密编码的代理盲签名方案的研究[J]. 信息网络安全,2016（11）：28-32.
[4] ZHANG Cheng, YANG Jing, JIANG Shuoxing, et al.. DNAzyme-based Logic Gate-mediated DNA Self-assembly[J]. Nano Lett, 2016, 16 (1): 736-741.
[5] ZHANG Cheng, MA LiNa , DONG Yafei, et al. Molecular Logic Computing Model Based on DNA Self-assembly Strand Branch Migration [J]. Chinese Science Bulletin , 2012(57): 1-7.
[6] YANG Jing, JIANG Shuoxing, ZHANG Cheng. Aptamer-Binding Directed DNA Origami Pattern for Logic Gates[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (49): 34054-34060.
[7] YANG Jing, ZHANG Cheng, XU Jin . Molecular Logic Computing Model Based on Self-assembly of DNA Nanoparticles [J]. Chinese Science Bulletin , 2011, 56 (33): 3566-3571.
[8] 杨静,张成,许进. 自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型[J]. 中国科学,2011,56 （27）：2276- 2282.
[9] 张成,马丽娜,董亚非,等. 自组装DNA 链置换分子逻辑计算模型[J]. 中国科学, 2012 , 57 ( 31 )：2909 - 2915.
[10] 杨静, 张成,许进,等. 基于环形DNA 分子的一种求解最大集团的计算模型[J]. 中国科学, 2010 , 40 (8 ): 1078-1085.
[11] 张成,杨静,许进,等. DNA缩短法计算模型求解最大独立解集问题[J]. 科学通报,2009,54(24): 3913-3919.
[12] 张成,杨静,王淑栋. DNA计算中荧光技术的应用及其发展[J]. 计算机学报, 2009, 32(12): 2300-2310.
[13] ADLEMAN L M . Molecular Computer of Solution to Combinatorial Problems [J]. Science, 1994,66(11)：1021-1024.
[14] 肖国镇, 卢明欣, 秦磊,等．密码学的新领域-DNA密码[J]．科学通报, 2006, 51（10）：1139-1143.
[15] 褚维明,黄进,刘志乐. 网络空间安全态势感知数据收集研究[J]. 信息网络安全,2016（9）：202-207.
[16] ANASTASI G, CONTI M, FRANCESCI M D, et al .Energy Conservation in Wireless Sensor Networks ：a Survey[J]. Ad Hoc Networks, 2009, 7(3)：537-568.
[17] 来学嘉, 卢明欣, 秦磊,等. 基于DNA技术的非对称加密与签名方法[J].中国科学, 2010, 40（2）：240-248.
[18] 杨学庆. 基于DNA计算的RSA密码系统攻击方法[J]. 计算机工程, 2010（2）:1-3.
[19] REIF J H. Computing： Successes and Challenges [J]. Science, 2002( 296)： 478-479.
[20] ADLEMAN L M. Molecular Computation of Solution to Combinatorial Problems[J]. Science, 1994, 66(11):1021-1024.
[21] CELLAND C T, RISCA V, BANCROFT C. Hiding Messages in DNA Microdots [J]. Nature, 1999(399)：533-534.
[22] CUI G Z, NIU Y, WANG Y F, et al. A new approach based on PSO algorithm to find good computational encoding sequences [J]. Progress in Natural Science, 2007(6)：712-716 .

基于DNA核酶的分子加密系统

A Molecule Encryption System Based on DNAzyme

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	赵旭, 黄光球, 崔艳鹏, 王明明. 基于改进选择算子的NIDS多媒体包多线程择危处理模型[J]. 信息网络安全, 2018, 18(10): 45-50.
[2]	达小文, 毛俐旻, 吴明杰, 郭敏. 一种基于补丁比对和静态污点分析的漏洞定位技术研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 5-5.
[3]	徐威扬, 李尧, 唐勇, 王宝生. 一种跨指令架构二进制漏洞搜索技术研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 21-25.
[4]	戚犇, 王梦迪. 基于信息增益的贝叶斯态势要素提取[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 54-57.
[5]	张曼, 咸鹤群, 张曙光. 基于重力传感器的身份认证技术研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 58-62.
[6]	田庆宜, 李保顺. 小型无人机电子数据取证方法研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 85-88.
[7]	王玉辉, 曾泽华, 沈嘉荟, 符天枢. 基于APT逻辑的恐怖事件因果关系分析[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 93-97.
[8]	王子涵, 王玉辉, 王雷, 王鑫. 一种基于社交媒体的突发事件话题演化分析系统研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 98-102.
[9]	成娟娟, 郑昉昱, 林璟锵, 董建阔. Curve25519椭圆曲线算法GPU高速实现[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 122-127.
[10]	付顺顺, 顾益军, 张大瀚, 孟凡鹏. 基于改进MCMC方法的重叠社区发现算法[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 138-142.
[11]	韩璇, 刘亚敏. 区块链技术中的共识机制研究[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 147-152.
[12]	郭敏, 曾颖明, 姚金利, 达小文. 基于大数据样本的软件行为安全分析[J]. 信息网络安全, 2017, 17(9): 153-156.
[13]	王萍, 周治平. 一种基于云的RFID所有权转移协议的改进[J]. 信息网络安全, 2017, 17(8): 60-68.
[14]	陈阳, 王勇, 孙伟. 基于YARN规范的智能电网大数据异常检测[J]. 信息网络安全, 2017, 17(7): 11-17.
[15]	刘浩, 陈志刚, 张连明. 基于社区的移动社交网络安全路由算法设计与实现[J]. 信息网络安全, 2017, 17(7): 25-31.