CN1790983A - 用dna芯片实现的非对称密码系统方法 - Google Patents

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CN1790983A CN 200410073404 CN200410073404A CN1790983A CN 1790983 A CN1790983 A CN 1790983A CN 200410073404 CN200410073404 CN 200410073404 CN 200410073404 A CN200410073404 A CN 200410073404A CN 1790983 A CN1790983 A CN 1790983A
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卢明欣
来学嘉
秦磊
肖国镇
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Abstract

本发明是一种用DNA芯片实现的新型密码学加密和签名方法。本发明中加密方法包括：选择探针作为加密密钥的方法、选择探针作为解密密钥的方法、用加密密钥加密的方法、用解密密钥解密的方法。本发明中签名的方法包括：选择探针作为签名密钥的方法、选择探针作为验证密钥的方法、用签名密钥签名的方法、用验证密钥验证的方法。通过本发明，可以实现不依赖于计算安全性的加密和签名方法，并且，因为本发明使用DNA芯片实现，同已有的DNA密码方法相比具有实现容易，加解密运算速度快的特点。

Description

用DNA芯片实现的非对称密码系统方法
技术领域
本发明属于信息安全领域，具体来说，是利用DNA芯片技术和DNA杂交特性实现了一种非对称密码系统的加密和签名方法，可用于信息安全领域的加密和签名。
背景技术
密码系统是信息安全的核心，由于密码分析者在密码分析方面不断的获得突破，密码编码学家总是在寻找更安全、更方便的密码系统。现在使用的密码系统基本都是数学的密码系统，科学家们也在试图寻找其它类型的密码系统，比如量子密码和DNA密码。
密码系统分为对称密钥系统和非对称密钥系统。对称密钥系统是指加密密钥和解密密钥是同一个，或者容易从一个密钥推导出另一个密钥的密码系统。非对称密钥系统是指加密和解密分别使用不同的密钥，而且从一个难以推导出另一个的密码系统。
最近十几年来，由于重组DNA技术的发展，使得人们有可能把DNA用于信息领域。自从1994年，美国著名科学家Adleman提出了DNA计算以来(参见Adleman等，Science，266：1021，1994)，DNA计算已经取得了飞速的发展。作为相关的技术，DNA密码也开始引起了国际上的关注。1999年，美国著名科学家Bancroft等提出了利用DNA来实现信息隐藏(参见Bancroft等，Nature，399：533-534，1999)，并申请了相应的专利(参见美国专利6,312,911号，专利名称为基于DNA的信息隐藏，公布于2001年十一月六日)。
DNA芯片又称为基因芯片(gene chips)、寡核苷酸芯片(oligo-chips)或生物芯片(bio-chips)，是指将大量DNA探针固定在固相物体如玻璃等的表面上(参见Stephen Fodor等，Science，251：767，1991，及PatrickO.Brown等，Science.270：467，1995)，然后将荧光标记的DNA或cDNA样品在芯片上与探针杂交，经激光共聚焦显微镜扫描，以计算机系统对荧光信号做出比较和检测，从而迅速得出所需要的信号。同常规技术相比，DNA芯片具有满足快速和大量分析等优点，现在正成为关注的焦点。
本发明结合了现代密码学技术和现代生物学技术，实现了一种新的用DNA芯片实现的非对称密码系统加密和签名方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用DNA芯片实现的非对称密码系统方法，使用本发明可以实现加密和签名。
对于用本发明所述方法进行加密，其特征是：
a.产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；
b.把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥；
c.把加密密钥分别传送给发送方，解密密钥由接收方保存；
d.发送方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；
e.把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；
f.接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m；
对于用本发明所述方法进行数据签名，其特征为：
a.产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；
b.把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用；
c.签名密钥由签名方保存，验证密钥传送给验证方；
d.签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；
e.把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的签名验证方；
f.签名验证方人收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，检查消息m，如果是一个合理的消息，则验证签名有效，否则验证签名无效；
本发明利用DNA芯片实现了一种非对称密码系统的加密和数据签名方法，有以下几点效果：
1.本发明利用DNA芯片实现了一种安全的加密和数据签名方法。
2.本发明的安全性不依赖于计算安全性，具有强大计算能力的人无法用穷举搜索的方法攻击本发明。
3.本发明与使用DNA序列实现的密码系统相比，具有加解密速度快，对设备条件要求低的特点。
具体实施方式
现将本发明的具体实施步骤叙述于后：
本发明的加密方法具体实施工艺步骤如下：
(一)生成加密和解密密钥。产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个合理的杂交信号标准S1，S2，…，Sn，把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥。
(二)密钥分配。把加密密钥分别传送给发送方，解密密钥由接收方保存。
(三)加密。加密方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位。
(四)传送密文。把DNA芯片通过普通的途径(比如邮递)传送给指定的接收方。
(五)解密。接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m。
本发明的签名方法具体实施步骤叙述如下：
(一)生成签名和验证密钥。产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个合理的杂交信号标准S1，S2，…，Sn，把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用。
(二)密钥分配。签名密钥由签名方保存，把验证密钥途径传送给验证方。
(三)签名。签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位。
(四)传送签名。把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的签名验证方。
(五)验证签名。签名验证方收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，检查消息m，如果是一个合理的消息，则验证签名有效，否则验证签名无效。

Claims (8)

1.用DNA进行加密的方法，包括步骤：
产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；
把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥；
把加密密钥传送给发送方，解密密钥由接方保存；
发送方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；
接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m；
2.权利要求1中所用的探针可以是来自于自然界的，也可以是来自于人工合成的。
3.权利要求1中的探针可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白质，只要可以和核酸进行可重复的可靠的杂交的生物大分子就可以。
4.权利要求1中的加密密钥可以分成不同的多份，由不同的人分别使用，对要加密的消息进行加密。
5.用DNA进行签名的方法，其步骤包括：
产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；
把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用；
把验证密钥传送给验证方；签名密钥由签名方保存；
签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；
把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；
验证方收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，验证签名是否有效；
6.权利要求5中所用的探针可以是来自于自然界的，也可以是来自于人工合成的。
7.权利要求5中的探针可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白质，只要可以和核酸进行可重复的可靠的杂交的生物大分子就可以。
8.权利要求5中的验证密钥分成多份，由不同的人分别使用，验证签名者的签名。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101702240B (zh) * 2009-11-26 2012-02-15 大连大学 基于dna子序列运算的图像加密方法
CN103114127A (zh) * 2011-11-16 2013-05-22 中国科学院华南植物园 一种基于dna芯片的密码系统
CN102025482B (zh) * 2009-09-10 2014-02-12 中国科学院华南植物园 一种基于虚拟基因组的密码系统(vgc)的构造方法
CN110677247A (zh) * 2019-10-09 2020-01-10 广州市农业科学研究院 一种基因芯片的加密方法、基因芯片的解密方法及装置

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