基于DNA计算的图像信息加密研究

The emergence of DNA hard disk provides a new mode for data storage, and how to protect the data security become the focus research in the future. This project carry out a concrete study about the image encryption of DNA storage in the future, and proposes the information encryption algorithm based on DNA computing. According to the operations that DNA computing involves and characteristics of PCR, DNA encoding model is proposed in order to generate DNA sequence that expresses data information. Based on DNA encoding model, coding the image to DNA sequence and constructed the storage model. Then, the encryption model based on DNA computing is generated so as to encrypt the data of DNA sequence. Finally, image encrypting experiment is designed based on DNA computing by combining PCR and the synthesis, denaturation, renaturation, hybrid of DNA molecule. At the same time, modern theory of error-correcting codes is introduced in order to control hybridization reaction in the process of biochemical reaction, and the accuracy of reaction is improved.

DNA硬盘的出现为数据存储提供了一种全新的模式，而如何保障其数据安全性则相应的成为了未来研究的重点。本项目针对未来DNA存储中图像信息加密开展了具体的研究，提出了基于DNA计算的图像信息加密算法。该方法首先根据DNA计算所涉及的操作及PCR的特性，建立相应的DNA编码模型实现数据信息的DNA序列生成；进而根据DNA编码模型，实现图像信息的DNA序列分子生成与存储模型构建；然后，建立基于DNA计算的加密模型实现DNA序列数据的加密；最后，拟以PCR操作为主，结合DNA分子的合成、变性、复性、杂交等操作手段，设计基于DNA计算的信息加密实验；同时，在生化反应过程中引入现代纠错码理论进行杂交反应控制，提高反应的准确性。

DNA硬盘的出现为数据存储提供了一种全新的模式，而如何保障DNA硬盘中的数据安全则成为了未来研究的重点。由于DNA分子具有密集的信息储存能力以及DNA计算具有高度的并行性，这使得DNA分子非常适合用来进行图像加密，因此，本项目将图像加密与DNA 计算相结合，将数字计算转换为生物计算，利用DNA生化反应的并行性优点，给出了图像加密的一种新尝试，对于未来的信息安全与防护具有重要的意义。为实现基于DNA计算的图像加密新方法，本项目在DNA编码理论与序列优化、图像的DNA编码信息表示、基于DNA计算模型的图像加密方法以及生化反应实验设计等方面开展了较为深入的研究，并取得了一定的研究成果。其中在DNA编码理论与序列优化方面，给出了基于编码等价变换的DNA编码序列设计方法，并提出了一系列基于智能计算方法的编码序列优化方法，实现了编码质量的优化；在图像的DNA编码信息表示方面，提出了基于链置换模型的编码转换器设计方法，并给出了图像的二进制与四进制DNA编码方法，同时对分子序列的结构表示进行了预测与设计；在基于DNA计算的图像加密方面，给出了基于混沌序列与DNA计算模型相结合的图像加密新方法以及基于DNA元胞自动机的图像加密方法，并实现了图像加密的实验与仿真；在生化反应实验设计方面，给出了基于PCR技术的DNA计算实现方法，并以DNA链置换为主要技术手段，结合生化反应给出了基于DNA链置换的图像加密新方法。到目前为止，项目组共发表学术论文40篇，其中SCI检索22篇，EI检索28篇，论文SCI他人引用23次，获得发明专利授权3项、受理3项，部分成果被应用于档案图像的信息加密与安全防护中，较为圆满的完成了项目的研究目标，并在论文发表、专利授权等方面超额完成了预期目标。