大规模纳米DNA计算模型及密码系统的研究

This project focuses on building a practical and large scale nano DNA computing model and cryptography system. Through number theory and algorithm design, a basic computing model is proposed. Then, using DNA self-assembly, specific computing models and nano-devices are generated. Meanwhile, by introducing DNA nanoparticle, nano cryptograph system will be established. Finally, combined with modeling and computing design, a large scale DNA nano-computing model will be developed and a basic cryptography system will be esgtablished. This project will have great impact on the large scale information processing and high intensity cryptography system in the futrue.

本项目拟构建具有实用化的大规模纳米DNA计算模型及密码系统。通过数论理论和算法设计，展开多层次研究，并提出基本计算模型结构。再利用DNA自组装技术，自上而下进行模块化特异性集成，获得不同结构纳米计算器件的基底。同时引入化学修饰、分子识别和聚合，实现纳米颗粒与DNA分子的结合，构建具有专用功能的纳米计算和密码系统。最后，结合数学建模和计算机设计，实现大规模纳米DNA计算模型和密码专用机，完成基本的密码体系分析和构建。该研究项目对未来大规模信息处理和高强度密码系统的研究具有重要意义。

本项目研究内容是大规模的DNA计算模型以及密码系统的研究。主要研究内容有两点：一是大规模DNA计算模型的研究，其中主要围绕分子生物计算的结构和体系，确定基本的数学理论和应用手段。二是基于图理论的新型图形密码的设计和安全性分析。重要成果如下：. 通过对国内外DNA计算模型的研究进展，对图灵机模型下的DNA计算进行了详细的分析，并给出了约束其计算能力的原因。提出了基于探针运算的探针机原理，根据探针计算的原理，在DNA计算中的需求给出了连接型探测计算模型和传递型探针计算模型。并给出了使用探针计算机求解哈密顿圈问题和求解图着色问题的具体步骤和实验方法。 . 应用图标号与相关理论和技术构建出一种拓扑型图形密码的具体化体系结构，设计出安全可靠的高阶孪生优美图的方法。定义了一种新的图的标号，为边魔幻全优美标号，并在图两个标号的性质上构建了标号图算法。证明了每一个图至少存在一个边魔幻全优美标号，在隐藏密码信息传递及信息分析领域有较高的应用价值。. 大规模DNA计算理论突破了传统图灵计算的局限性，是未来新型生物计算的研究重点方向。本项目中课题组对基于探针机的大规模DNA计算进行了理论分析和实验验证。另外，项目研究内容中的图形密码是信息通讯的密码理论基础，应用图标号的相关理论技术，对图形密码的设计有着很好的理论支撑。通过理论分析与实验验证相结合的方法分析出了拓扑密码学的内在关系。