基于DNA分子的信息加密与隐藏技术研究

With the continuous appearance and maturity of new computing methods, it is a serious challenge to the current information security. Due to the advantages of DNA molecules with large scale parallelism, ultra high capacity storage density and low energy consumption, it is being developed to be used in the fields of molecular computing, data storage and DNA cryptography. This project studies the information encryption and hiding method based on DNA molecule, and explores the theoretical basis of DNA cryptography. In this project, DNA molecules are used as the carrier of information, and digital encoding technology, synthesis technology, amplification technology, other molecular biology technology, and traditional cryptography ideas are used in this project. Random codon is used to encoding clear information and establishing mapping rules. The encryption and hiding of Information is achieved by recombinant DNA molecular technique. Combining with chaos theory and DNA operation, the image encryption method is designed to increase the security and reliability of information encryption. And DNA encryption mechanism is deeply understood by DNA molecular research of information encoding, algorithm, model, simulation and experiment. The research of this project will provide a new idea for the modeling and analysis of DNA cryptography, and also provides theoretical support for DNA cryptography.

新型计算方法的不断出现与日渐成熟的同时，对当前的信息安全性提出了严峻挑战。DNA分子所具有的超大规模并行性、超高容量的存储密度以及超低的能量消耗正被人们开发出来用于分子计算、数据储存以及密码学等领域。本项目拟以DNA分子为载体，利用数字编码技术，合成技术、扩增技术、等分子生物学中的技术手段，结合传统密码学思想，研究基于DNA分子的信息加密与隐藏方法，探索DNA密码的理论依据。研究内容包括采用随机密码子对明文信息进行编码以及建立映射规则；采用重组DNA分子技术实现信息的加密与隐藏；结合混沌思想和DNA操作，设计图像加密方法，以增加信息加密的安全性和可靠性。通过对DNA分子的信息编码、算法、模型、仿真和实验的系统研究，深入理解DNA密码学的加密机制。本项目的研究将为DNA密码的建模与分析提供新思路和新方法，也为DNA密码学提供理论支撑。

DNA分子所具有的超大规模并行性、超高容量的存储密度以及超低的能量消耗正被人们开发出来用于分子计算、数据储存以及密码学等领域。本课题在深入研究DNA分子特性基础上，首先针对DNA分子的编码问题，给出了一种DNA编码优化算法。其次，根据DNA独特的分子结构与分子间识别机制，采用重组DNA分子技术、DNA链置换技术等实现了信息的加密与隐藏；最后，结合超混沌系统的伪随机性和对初值的敏感性，给出了几种图像加密算法。实验结果及安全性分析表明，所提出的加密方法不仅有足够大的密钥空间抵抗穷举攻击，而且能够有效抵抗统计攻击、差分攻击、数据丢失攻击、噪声攻击和裁剪攻击，可用于军事、司法等涉及隐私的数字图像的保密存储和网络安全传输。通过对DNA分子的信息编码、算法、模型、仿真和实验的系统研究，本项目的研究成果能为DNA密码的建模与分析提供新思路和新方法。通过本项目的实施，获河南省科技进步三等奖1项；获河南省自然科学优秀论文将二等奖1项；通过成果评价2项，达到国际先进水平；发表学术论文20余篇，SCI\EI收录12篇次；申请发明专利9项，授权5项;登记软件著作权5项。