CN110677247A - 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 - Google Patents
一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110677247A CN110677247A CN201910957298.8A CN201910957298A CN110677247A CN 110677247 A CN110677247 A CN 110677247A CN 201910957298 A CN201910957298 A CN 201910957298A CN 110677247 A CN110677247 A CN 110677247A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gene chip
- encryption
- solution set
- chip
- gene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 228
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 47
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 69
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 claims description 39
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 31
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 30
- 108010074686 Selenoproteins Proteins 0.000 claims description 27
- 102000008114 Selenoproteins Human genes 0.000 claims description 24
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 claims description 21
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 17
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 108020004705 Codon Proteins 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 3
- 101150076489 B gene Proteins 0.000 description 2
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 2
- 108020005038 Terminator Codon Proteins 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 2
- FDKWRPBBCBCIGA-REOHCLBHSA-N (2r)-2-azaniumyl-3-$l^{1}-selanylpropanoate Chemical compound [Se]C[C@H](N)C(O)=O FDKWRPBBCBCIGA-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- FDKWRPBBCBCIGA-UWTATZPHSA-N D-Selenocysteine Natural products [Se]C[C@@H](N)C(O)=O FDKWRPBBCBCIGA-UWTATZPHSA-N 0.000 description 1
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000802 evaporation-induced self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- ZKZBPNGNEQAJSX-UHFFFAOYSA-N selenocysteine Natural products [SeH]CC(N)C(O)=O ZKZBPNGNEQAJSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000016491 selenocysteine Nutrition 0.000 description 1
- 229940055619 selenocysteine Drugs 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0861—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0866—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords involving user or device identifiers, e.g. serial number, physical or biometrical information, DNA, hand-signature or measurable physical characteristics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置，该方法包括：获取加密明文；基于目标蛋白质获取候选溶液集合；从候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥；其中，第一溶液集合包括用于表达目标蛋白质的溶液，第二溶液集合包括无法用于表达目标蛋白质的溶液；根据加密明文和加密密钥对基因芯片执行加密操作。本发明可以有效缓解现技术中利用DNA加密技术进行加密存在较大的风险的问题。
Description
技术领域
本发明涉及加密技术领域，尤其是涉及一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置。
背景技术
随着科技的发展以及计算机技术的成熟，用户对信息安全的要求越来越高，而基于电子计算机的传统密码学已经逐渐无法满足用户的信息安全需求，在此基础上DNA(Deoxyribonucleic Acid，脱氧核糖核酸)加密技术应运而生，为信息安全提供了非常可靠的保障。但是在实际应用中，在利用DNA加密技术对信息进行加密和解密时，需要对加密过程中涉及的DNA 序列进行精确测量，然而现有DNA测序技术仍处于发展阶段，无法对加密过程中涉及的DNA进行精确测序，导致加密过程存在不确定性，进而导致利用DNA加密技术进行加密时存在较大的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置，可以有效缓解现技术中利用DNA加密技术进行加密存在较大的风险的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基因芯片的加密方法，包括：获取加密明文；基于目标蛋白质获取候选溶液集合；从所述候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将所述第一溶液集合和所述第二溶液集合作为加密密钥；其中，所述第一溶液集合包括用于表达所述目标蛋白质的溶液，所述第二溶液集合包括无法用于表达所述目标蛋白质的溶液；根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
在一些实施方式中，所述目标蛋白质包括硒蛋白；所述基于目标蛋白质获取候选溶液集合的步骤，包括：利用基因体外表达技术对硒蛋白溶液进行处理，确定候选溶液集合。
在一些实施方式中，所述根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作的步骤，包括：将所述加密明文转换为加密二进制矩阵；根据所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
在一些实施方式中，所述将所述加密明文转换为加密二进制矩阵的步骤，包括：采用二进制编码技术将所述加密明文转换为初始二进制矩阵；按照预设置乱规则对所述初始二进制矩阵进行置乱处理，得到加密二进制矩阵。
在一些实施方式中，所述根据所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作的步骤，包括：从所述候选溶液集合中随机选取第三溶液集合，并根据所述第三溶液集合生成干扰信息；基于所述干扰信息、所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
第二方面，本发明实施例还提供一种基因芯片的解密方法，包括：利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片；其中，所述基因芯片是采用第一方面任一项所述的加密方法得到的；对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作。
在一些实施方式中，所述对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作的步骤，包括：对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵；基于所述解密二进制矩阵确定所述基因芯片的解密明文，并基于所述解密明文对所述基因芯片执行解密操作。
在一些实施方式中，所述对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵的步骤，包括：对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，得到所述基因芯片包含的第四溶液集合；其中，所述第四溶液集合包括第一溶液集合、第二溶液集合和第三溶液集合中的一种或多种；基于所述第四溶液集合确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵。
在一些实施方式中，所述基于所述解密二进制矩阵确定所述基因芯片的解密明文的步骤，包括：剔除所述解密二进制矩阵中的第三溶液集合；基于剔除所述第三溶液集合后的解密二进制矩阵，确定所述基因芯片对应的解密明文。
在一些实施方式中，所述基于剔除所述干扰信息后的解密二进制矩阵，确定所述基因芯片对应的解密明文的步骤，包括：按照预设置乱规则对剔除所述干扰信息后的解密二进制矩阵进行逆置乱处理，得到初始二进制矩阵；将所述初始二进制矩阵转换为二进制编码，并将所述二进制编码作为所述基因芯片对应的解密明文。
第三方面，本发明实施例还提供一种基因芯片的加密装置，包括：加密明文获取模块，用于获取加密明文；候选溶液集合获取模块，用于基于目标蛋白质获取候选溶液集合；选取模块，用于从所述候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将所述第一溶液集合和所述第二溶液集合作为加密密钥；其中，所述第一溶液集合包括用于表达所述目标蛋白质的溶液，所述第二溶液集合包括无法用于表达所述目标蛋白质的溶液；加密模块，用于根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
第四方面，本发明实施例还提供一种基因芯片的解密装置，包括：私有密钥芯片生成模块，用于利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片；其中，所述基因芯片是采用第一方面任一项所述的加密方法得到的；解密模块，用于对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作。
第五方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如第一方面任一项所述的方法，或者执行如第二方面所述的方法。
第六方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，用于储存为第一方面任一项所述方法所用的计算机软件指令，或者执行如第二方面所述的方法。
本发明实施例提供一种基因芯片的加密方法及装置，首先获取加密明文，并在基于目标蛋白质获取候选溶液集合时从候选溶液集合中选取能够用于表达目标蛋白质的第一溶液集合和无法用于表达目标蛋白质的第二溶液集合，将第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥，从而基于加密明文和加密密钥对基因芯片进行加密操作。本发明实施例利用能够表达目标蛋白质的第一溶液集合和无法表达目标蛋白质的第二溶液集合作为加密密钥，由于可以准确得知溶液集合是否能够表达目标蛋白质，因此使得加密密钥不存在不确定性，进而有效降低加密过程中的风险。
本发明实施例提供一种基因芯片的解密方法及装置，利用基因体外表达技术生成与上述加密方法得到的基因芯片对应的私有密钥芯片，在此基础上对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，从而基于电泳分析结果对基因芯片执行解密操作。由于通过上述加密方法得到的基因芯片的加密密钥不存在不确定性，因此本发明实施例在利用基因体外表达技术和电泳分析处理对基因芯片执行解密操作时，可以有效降低因加密密钥无法确定而导致无法对基因芯片进行解密的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基因芯片的加密方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基因芯片的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种二进制转换示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种基因芯片的加密方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基因芯片的解密方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基因芯片的解密示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种二进制转换示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种基因芯片的解密方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的一种基因芯片的加密装置的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种基因芯片的解密装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
DNA加密技术是一种基于DNA信息处理的加密技术，与传统的加密技术相比，DNA加密技术主要是基于分子生物学领域中的困难问题，因此针对传统加密技术的破解方法对于DNA加密技术无效，因此DNA加密技术具有较高的可靠性。但是由于现有技术的DNA测序技术(诸如质谱测序技术)仍然处于发展阶段并且都具有自身的弱点，其中，质谱方法测序的基本原理要求对目的DNA分子质量的准确测定,从而对DNA样品的纯度要求极高，在一定程度上增加了利用DNA加密技术进行加密操作的难度。由上可知，现有技术的加密过程存在不确定性，导致利用DNA加密技术进行加密时存在较大的风险，且加密过程存在较多的技术瓶颈。为改善此问题，本发明实施提供的一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置，可以有效缓解现技术中利用DNA加密技术进行加密存在较大的风险的问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基因芯片的加密方法进行详细介绍，参见图1所示的一种基因芯片的加密方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤S102至S108：
步骤S102，获取加密明文。其中，加密明文可以理解为用于加密的明文。
步骤S104，基于目标蛋白质获取候选溶液集合。
其中，目标蛋白质包括能够在特定环境下准确表达的蛋白质，例如硒蛋白。在具体实现时，可以对目标蛋白质进行基因体外表达实验，从而确定多种能够表达目标蛋白质的溶液，和多种不能表达目标蛋白质的溶液，并将确定的所有溶液作为候选溶液集合。
步骤S106，从候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥。
其中，第一溶液集合包括用于表达目标蛋白质的溶液，可以用来表示“1”；第二溶液集合包括无法用于表达目标蛋白质的溶液可以用来表示“0”。在一种实施方式中，可以在上述候选溶液集合中随机选取能够表达目标蛋白质的溶液，并将选取的溶液确定为第一溶液集合，并在上述候选溶液集合中随机选取不能表达目标蛋白质的溶液，并将选取的溶液确定为第二溶液集合，将选取的第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥。
步骤S108，根据加密明文和加密密钥对基因芯片执行加密操作。
其中，基因芯片也可称之为DNA微阵列，基因芯片中固定有几十个到上百万个探阵(也即，核苷酸序列)。在具体实现时，可以将加密明文转换为对应的加密二进制矩阵，并利用加密二进制矩阵和加密密钥对基因芯片执行加密操作。
本发明实施例提供的上述基因芯片的加密方法，首先获取加密明文，并在基于目标蛋白质获取候选溶液集合时从候选溶液集合中选取能够用于表达目标蛋白质的第一溶液集合和无法用于表达目标蛋白质的第二溶液集合，将第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥，从而基于加密明文和加密密钥对基因芯片进行加密操作。本发明实施例利用能够表达目标蛋白质的第一溶液集合和无法表达目标蛋白质的第二溶液集合作为加密密钥，由于可以准确得知溶液集合是否能够表达目标蛋白质，因此使得加密密钥不存在不确定性，进而有效降低加密过程中的风险。
为便于对上述实施例进行理解，本发明实施例提供了一种基因芯片的示意图，如图2所示，基因芯片中的方格区域表示为基因芯片中的探针，本发明实施例提供的基因芯片的加密方法也可理解为对基因芯片中的探针进行加密的方法。
由于密码子TGA(终止密码子)的翻译具有二义性，其一是将终止密码子作为终止信号，即蛋白质翻译到终止密码子便结束翻译，且密码子TGA 不会被翻译为氨基酸，亦不会被添加至肽链中；其二是将密码子TGA翻译为硒代半胱氨酸(Sec)对应的密码子，当蛋白质的翻译工具翻译到密码子 TGA时，密码子TGA将不会作为中职信号，且特异的载体tRNA[Sec]会将 Sec添加到肽链中，从而合成硒蛋白，且特异的硒蛋白指的就是包含了Sec 的硒蛋白，所以对密码子TGA意义的解读直接决定了最后该基因是否能被翻译为硒蛋白。目前，生物学领域对于密码子TGA的表达已经有了足够的研究，可以确地其在特定环境下的表达，而且密码子在非特定环境下的具体表达是无法预测的，也即若不提供具体的环境状态特征，将无法检测出密码子TGA是否会被表达为硒蛋白，利用硒蛋白的这一特点可以实现非对称加密方法，有效提高加密的安全性，所以本发明实施例提供的目标蛋白质包括硒蛋白。
本发明实施例提出了一种执行基于目标蛋白质获取候选溶液集合的步骤时的具体实施方式，利用基因体外表达技术对硒蛋白溶液进行处理，确定候选溶液集合。其中，在特定环境下对硒蛋白进行基因体外表达处理可以确定多种能够用于表达硒蛋白的溶液，和确定多种无法用于表达硒蛋白的溶液，将上述能够用于表达硒蛋白的溶液和无法用于表达硒蛋白的溶液均确定为候选溶液集合。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种步骤S108的具体实现方式，参见若下步骤1至2：
步骤1，将加密明文转换为加密二进制矩阵。
在一种实施方式中，可以采用二进制编码技术将加密明文转换为初始二进制矩阵，再按照预设置乱规则对初始二进制矩阵进行置乱处理，得到加密二进制矩阵。为便于对上述步骤1进行理解，本发明实施例提供了一种二进制转换示意图，如图3所示，其中，“Northwestern Polytechnical Umiversity”为加密明文，利用二进制编码技术将上述加密明文转换为二进制明文序列，再将二进制明文序列转换为初始二进制矩阵，并按照预设置乱规则对初始二进制矩阵进行置乱处理，即可得到图3中所示的加密二进制矩阵。
步骤2，根据加密二进制矩阵和加密密钥对基因芯片执行加密操作。
考虑到现有技术中，将加密明文转换为加密二进制矩阵时，矩阵尾部的填充全部为0，在一定程度上影响了加密的安全性，因此，本发明实施例进一步从候选溶液集合中随机选取第三溶液集合，并根据第三溶液集合生成干扰信息，从而基于干扰信息、加密二进制矩阵和加密密钥对基因芯片执行加密操作。其中，第三溶液集合可以包括能够表达硒蛋白的溶液，也可以包括不能表达硒蛋白的溶液。
为便于对前述实施例提供的基因芯片的加密方法进行理解，本发明实施例提供了另一种基因芯片的加密方法，参见图4所示的另一种基因芯片的加密方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
步骤S402，获取加密明文P。
步骤S404，通过热禁止矩阵获取明文P并转换为二进制矩阵。具体的，通过二进制编码技术将加密明文P转换为二进制明文序列，并将二进制明文序列转换为加密二进制矩阵。在一种实施方式中，需要将加密明文P按照二进制编码方式进行预处理(包括转换处理和置乱处理)，转换为加密二进制矩阵。
步骤S406，硒蛋白基因体外表达实验。本发明实施例基于硒蛋白基因体外表达实验确定候选溶液集合。利用置乱后的加密二进制矩阵生成新型的二进制矩阵(也即，虚拟加密芯片)，进行硒蛋白基因体外表达实验，选取合适的基因溶液，A组基因表达溶液能表达硒蛋白，用来表示“1”，B 组基因表达溶液不能表达硒蛋白，用来表示“0”。
步骤S408，分别选取溶液集合A(也即，前述第一溶液集合)和溶液集合B(也即，前述第二溶液集合)作为加密密钥。例如，从A组基因表达溶液中选取溶液集合A，从B组基因表达溶液中选取溶液集合B。
步骤S410，从候选溶液集合中随机选取溶液集合D(也即，前述第三溶液集合)。其中，溶液集合D用于对上述虚拟加密芯片进行尾部填充。
步骤S412，制作密文芯片，也即基于加密二进制矩阵、溶液集合A、溶液集合B和溶液集合D对基因芯片执行加密操作。
在前述实施例提供的基因芯片的加密方法的基础上，本发明实施例提供了一种基因芯片的解密方法，参见图5所示的一种基因芯片的解密方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S502至S504：
步骤S502，利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片。其中，基因芯片是采用上述实施例提供的加密方法得到的。
步骤S504，对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对基因芯片执行解密操作。在具体实现时，需要将基因芯片和私有密钥芯片结合放置于电泳条件下，从而对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，并基于电泳分析处理结果对基因芯片执行解密操作。
本发明实施例提供的上述基因芯片的解密方法，利用基因体外表达技术生成与上述加密方法得到的基因芯片对应的私有密钥芯片，在此基础上对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，从而基于电泳分析结果对基因芯片执行解密操作。由于通过上述加密方法得到的基因芯片的加密密钥不存在不确定性，因此在利用基因体外表达技术和电泳分析处理对基因芯片执行解密操作时，可以有效降低因加密密钥无法确定而导致无法对基因芯片进行解密的问题。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了上述步骤S504的具体实现方式，参见如下步骤a至b：
步骤a，对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，确定基因芯片对应的解密二进制矩阵。
本发明实施例提供了一种对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理的具体实现方式，参见图6所示基因芯片的解密示意图，在具体实现时，需要将基因芯片和私有密钥芯片结合放置于电泳环境。在一种实施方式中，首先对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，得到基因芯片包含的第四溶液集合，再基于第四溶液集合确定基因芯片对应的解密二进制矩阵。其中，第四溶液集合包括第一溶液集合、第二溶液集合和第三溶液集合中的一种或多种。
步骤b，基于解密二进制矩阵确定基因芯片的解密明文，并基于解密明文对基因芯片执行解密操作。为便于对上述步骤b进行理解，本发明实施例提供了上述步骤b的一种实现方式，参见图7所示的另一种二进制转换示意图，首先剔除解密二进制矩阵中的第三溶液集合，并基于剔除第三溶液集合后的解密二进制矩阵，确定基因芯片对应的解密明文，最终确定得到的解密明文为“Northwestern Polytechnical Umiversity”。
本发明实施例提供了在执行基于剔除干扰信息后的解密二进制矩阵，确定基因芯片对应的解密明文的步骤时的实现方式，按照预设置乱规则对剔除干扰信息后的解密二进制矩阵进行逆置乱处理，得到初始二进制矩阵，再将初始二进制矩阵转换为二进制编码，并将二进制编码作为基因芯片对应的解密明文。
为便于对前述实施例提供的基因芯片的解密方法进行理解，本发明实施例提供了另一种基因芯片的解密方法，参见图8所示的另一种基因芯片的解密方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
步骤S802，对基因芯片进行基因体外表达实验。在具体实现时，将基因芯片与前述私有密钥芯片结合放置于电泳环境，使私有密钥芯片的每个“格子”与基因芯片上的每个“格子”对应并结合起来，将其放置于适于基因体外表达实验的温度中一段时间，通过卫星芯片电泳系统对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析。
步骤S804，剔除基因芯片中的干扰信息。
步骤S806，利用电泳分析处理检测基因芯片中的硒蛋白信号(包括前述溶液集合A和溶液集合B)，得到解密二进制矩阵。
步骤S808，将解密二进制矩阵转换为二进制流。
步骤S810，按照前述预处理的逆方法对二进制流进行处理，得到解密明文。
综上所述，本发明实施例主要是基于硒蛋白基因表达难以预测的DNA 对称加密技术，通过把“0”和“1”与硒蛋白基因的表达与否联系起来，从而将“从基因组中预测硒蛋白以及用基因工程技术表达硒蛋白是困难的”这一生物困难问题与密码学联系到了一起，并以其作为安全依据提供了一种加密方法，有效提高了加密安全性。
对于前述实施例提供的基因芯片的加密方法，本发明实施例提供了一种基因芯片的加密装置，参见图9所示的一种基因芯片的加密装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：
加密明文获取模块902，用于获取加密明文。
候选溶液集合获取模块904，用于基于目标蛋白质获取候选溶液集合。
选取模块906，用于从候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将第一溶液集合和第二溶液集合作为加密密钥；其中，第一溶液集合包括用于表达目标蛋白质的溶液，第二溶液集合包括无法用于表达目标蛋白质的溶液。
加密模块908，用于根据加密明文和加密密钥对基因芯片执行加密操作。
本发明实施例利用能够表达目标蛋白质的第一溶液集合和无法表达目标蛋白质的第二溶液集合作为加密密钥，由于可以准确得知溶液集合是否能够表达目标蛋白质，因此使得加密密钥不存在不确定性，进而有效降低加密过程中的风险。
对于前述实施例提供的基因芯片的解密方法，本发明实施例提供了一种基因芯片的解密装置，参见图10所示的一种基因芯片的解密装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：
私有密钥芯片生成模块1002，用于利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片；其中，基因芯片是采用前述实施例提供的加密方法得到的。
解密模块1004，用于对基因芯片和私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对基因芯片执行解密操作。
由于通过上述加密方法得到的基因芯片的加密密钥不存在不确定性，因此本发明实施例在利用基因体外表达技术和电泳分析处理对基因芯片执行解密操作时，可以有效降低因加密密钥无法确定而导致无法对基因芯片进行解密的问题。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
该设备为一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上实施方式的任一项的方法。
图11为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备 100包括：处理器110，存储器111，总线112和通信接口113，处理器110、通信接口113和存储器111通过总线112连接；处理器110用于执行存储器 111中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器111可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口113(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线112可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器111用于存储程序，处理器110在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器110中，或者由处理器110实现。
处理器110可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器110中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器110可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器 (Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器111，处理器110读取存储器111中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (14)
1.一种基因芯片的加密方法，其特征在于，包括：
获取加密明文；
基于目标蛋白质获取候选溶液集合；
从所述候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将所述第一溶液集合和所述第二溶液集合作为加密密钥；其中，所述第一溶液集合包括用于表达所述目标蛋白质的溶液，所述第二溶液集合包括无法用于表达所述目标蛋白质的溶液；
根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标蛋白质包括硒蛋白；
所述基于目标蛋白质获取候选溶液集合的步骤，包括：
利用基因体外表达技术对硒蛋白溶液进行处理，确定候选溶液集合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作的步骤，包括：
将所述加密明文转换为加密二进制矩阵；
根据所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述加密明文转换为加密二进制矩阵的步骤，包括：
采用二进制编码技术将所述加密明文转换为初始二进制矩阵；
按照预设置乱规则对所述初始二进制矩阵进行置乱处理，得到加密二进制矩阵。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作的步骤，包括：
从所述候选溶液集合中随机选取第三溶液集合，并根据所述第三溶液集合生成干扰信息；
基于所述干扰信息、所述加密二进制矩阵和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
6.一种基因芯片的解密方法，其特征在于，包括：
利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片；其中，所述基因芯片是采用权利要求1-5任一项所述的加密方法得到的；
对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作的步骤，包括：
对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵；
基于所述解密二进制矩阵确定所述基因芯片的解密明文，并基于所述解密明文对所述基因芯片执行解密操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵的步骤，包括：
对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，得到所述基因芯片包含的第四溶液集合；其中，所述第四溶液集合包括第一溶液集合、第二溶液集合和第三溶液集合中的一种或多种；
基于所述第四溶液集合确定所述基因芯片对应的解密二进制矩阵。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述解密二进制矩阵确定所述基因芯片的解密明文的步骤，包括：
剔除所述解密二进制矩阵中的第三溶液集合；
基于剔除所述第三溶液集合后的解密二进制矩阵，确定所述基因芯片对应的解密明文。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于剔除所述第三溶液集合后的解密二进制矩阵，确定所述基因芯片对应的解密明文的步骤，包括：
按照预设置乱规则对剔除所述第三溶液集合后的解密二进制矩阵进行逆置乱处理，得到初始二进制矩阵；
将所述初始二进制矩阵转换为二进制编码，并将所述二进制编码作为所述基因芯片对应的解密明文。
11.一种基因芯片的加密装置，其特征在于，包括：
加密明文获取模块，用于获取加密明文；
候选溶液集合获取模块，用于基于目标蛋白质获取候选溶液集合；
选取模块，用于从所述候选溶液集合中选取第一溶液集合和第二溶液集合，并将所述第一溶液集合和所述第二溶液集合作为加密密钥；其中，所述第一溶液集合包括用于表达所述目标蛋白质的溶液，所述第二溶液集合包括无法用于表达所述目标蛋白质的溶液；
加密模块，用于根据所述加密明文和所述加密密钥对所述基因芯片执行加密操作。
12.一种基因芯片的解密装置，其特征在于，包括：
私有密钥芯片生成模块，用于利用基因体外表达技术生成基因芯片的私有密钥芯片；其中，所述基因芯片是采用权利要求1-5任一项所述的加密方法得到的；
解密模块，用于对所述基因芯片和所述私有密钥芯片进行电泳分析处理，基于电泳分析结果对所述基因芯片执行解密操作。
13.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至5任一项所述的方法，或者执行如权利要求6至10所述的方法。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，用于储存为权利要求1至5任一项所述方法所用的计算机软件指令，或者执行如权利要求6至10所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910957298.8A CN110677247B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910957298.8A CN110677247B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110677247A true CN110677247A (zh) | 2020-01-10 |
| CN110677247B CN110677247B (zh) | 2022-06-24 |
Family
ID=69081266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910957298.8A Active CN110677247B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110677247B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114285563A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 中国电信股份有限公司 | 密钥的生成方法及装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1790983A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 卢明欣 | 用dna芯片实现的非对称密码系统方法 |
| US20090252322A1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-10-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method, medium, and system for encrypting and/or decrypting information of microarray |
| US20130044876A1 (en) * | 2010-11-09 | 2013-02-21 | National Aeronautics And Space Administration | Genomics-based keyed hash message authentication code protocol |
| US20130046994A1 (en) * | 2011-08-17 | 2013-02-21 | Harry C. Shaw | Integrated genomic and proteomic security protocol |
| CN103856329A (zh) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | 卢明欣 | 基于dna技术的非对称加密与签名方法 |
| CN105119717A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-02 | 郑州轻工业学院 | 一种基于dna编码的加密系统及加密方法 |
| CN106817218A (zh) * | 2015-12-01 | 2017-06-09 | 国基电子（上海）有限公司 | 基于dna技术的加密方法 |
| WO2019081145A1 (en) * | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Eth Zurich | ENCODING AND DECODING INFORMATION IN SYNTHETIC DNA WITH CRYPTOGRAPHIC KEYS GENERATED BASED ON POLYMORPHIC CHARACTERISTICS OF NUCLEIC ACIDS |
-
2019
- 2019-10-09 CN CN201910957298.8A patent/CN110677247B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1790983A (zh) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | 卢明欣 | 用dna芯片实现的非对称密码系统方法 |
| US20090252322A1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-10-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method, medium, and system for encrypting and/or decrypting information of microarray |
| US20130044876A1 (en) * | 2010-11-09 | 2013-02-21 | National Aeronautics And Space Administration | Genomics-based keyed hash message authentication code protocol |
| US20130046994A1 (en) * | 2011-08-17 | 2013-02-21 | Harry C. Shaw | Integrated genomic and proteomic security protocol |
| CN103856329A (zh) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | 卢明欣 | 基于dna技术的非对称加密与签名方法 |
| CN105119717A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-02 | 郑州轻工业学院 | 一种基于dna编码的加密系统及加密方法 |
| CN106817218A (zh) * | 2015-12-01 | 2017-06-09 | 国基电子（上海）有限公司 | 基于dna技术的加密方法 |
| WO2019081145A1 (en) * | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Eth Zurich | ENCODING AND DECODING INFORMATION IN SYNTHETIC DNA WITH CRYPTOGRAPHIC KEYS GENERATED BASED ON POLYMORPHIC CHARACTERISTICS OF NUCLEIC ACIDS |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 卢明欣等: "一种基于DNA技术的加密方法", 《西安电子科技大学学报》 * |
| 崔光照等: "基于DNA技术的加密方案", 《计算机工程与应用》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114285563A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 中国电信股份有限公司 | 密钥的生成方法及装置 |
| CN114285563B (zh) * | 2021-12-27 | 2024-05-10 | 中国电信股份有限公司 | 密钥的生成方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110677247B (zh) | 2022-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Analysis of deep learning methods for blind protein contact prediction in CASP12 | |
| Chen et al. | Quantifying molecular bias in DNA data storage | |
| Chan et al. | Inferring phylogenies of evolving sequences without multiple sequence alignment | |
| Wu et al. | A simple, fast, and accurate method of phylogenomic inference | |
| Meiser et al. | DNA synthesis for true random number generation | |
| Xu et al. | Mal-Lys: prediction of lysine malonylation sites in proteins integrated sequence-based features with mRMR feature selection | |
| Pratas et al. | An alignment-free method to find and visualise rearrangements between pairs of DNA sequences | |
| Tambe et al. | Barcode identification for single cell genomics | |
| CN110677247B (zh) | 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置 | |
| Loka et al. | Reliable variant calling during runtime of Illumina sequencing | |
| Valverde et al. | Analysis of metagenomic data containing high biodiversity levels | |
| Barlow et al. | Massive influence of DNA isolation and library preparation approaches on palaeogenomic sequencing data | |
| Fang et al. | SIFO: secure computational infrastructure using FPGA overlays | |
| Norling et al. | MetLab: an in silico experimental design, simulation and analysis tool for viral metagenomics studies | |
| Rojas-Muñoz et al. | On-line evaluation and monitoring of security features of an RO-based PUF/TRNG for IoT devices | |
| Wang | Near optimal solutions for maximum quasi-bicliques | |
| Kumar et al. | Introduction to DNA computing | |
| Neuwald et al. | Gapped alignment of protein sequence motifs through Monte Carlo optimization of a hidden Markov model | |
| Wang et al. | Randomness in sequence evolution increases over time | |
| US11631344B2 (en) | Encryption and decryption method based on gene chip | |
| Epstein et al. | Revealing individual signatures of human T cell CDR3 sequence repertoires with Kidera factors | |
| Zou | A multi-label classifier for prediction membrane protein functional types in animal | |
| EP3232319B1 (en) | Random number generation apparatus, random number generation method and program | |
| Madrigal | CexoR: an R/Bioconductor package to uncover high-resolution protein-DNA interactions in ChIP-exo replicates | |
| Wang et al. | Improved lower bounds of DNA tags based on a modified genetic algorithm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |