KR20050025256A - 핵산을 베이스로 한 신규의 스테가노그래피 시스템 및그의 응용 - Google Patents

핵산을 베이스로 한 신규의 스테가노그래피 시스템 및그의 응용 Download PDF

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Abstract

핵산을 베이스로 한 암호화 기법(encryption technique) 및 그에 상응하는 해독 기법(decryption method)에 관한 것을 개시한다. 암호화 기법은 예정된 암호화 테이블(table)에 따라 미리 정해진 메시지에 상응하는 오리지널 핵산 시퀀스를 다수의 프라그멘트된 핵산 시퀀스로 분리하는 단계, 프라그멘트 핵산 시퀀스에 시퀀스 분석용 올리고머 및 시퀀스 인식용 올리고머를 라이게이션(ligation)하는 단계로 이루어져 있다. 상응하는 해독 기법은 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스의 시퀀스 정보를 결정하는 상응하는 PCR 프라이머 및 시퀀싱 프라이머를 사용하는 단계 및 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스를 해독하기 위한 순차 배열용 올리고머에 의해 제공되는 정보와 결합하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이러한 복합 암호화 기법이 기밀을 유지하는 데 요구되는 미리 정해진 메시지를 더욱 안전성을 제공할 수 있다.

Description

핵산을 베이스로 한 신규의 스테가노그래피 시스템 및 그의 응용 {A NOVEL NUCLEIC ACID BASED STEGANOGRAPHY SYSTEM AND APPLICATION THEREOF}
본 발명은 미리 정해진 메시지를 암호 및 해독할 수 있는 핵산을 베이스로 한 스테가노그래피법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 방법은 메시지를 암호화한 핵산을 다수의 프라그멘트로 나눈 후, 이들 프라그멘트를 상응하는 해독 기법으로 해독할 수 있는 복합 암호 단계를 통해 암호 과정을 적용하는 것에 관한 것이다.
어떤 특수 암호화 기법 또는 숨기거나 전송하기 위한 비밀 키를 통해 정보는 숨길 수 있으며, 이러한 암호 기법들은 인증된 사람에 의해서는 해독될 수 있으나, 다른 사람에 의해서는 해독될 수 없는 것이다. 정확한 정보는 메시지를 풀기 위해서는 개인적인 방법으로 해독될 수 있다.
핵산은 유일하게 유기체 각각을 동정하는 암호 정보를 가지고 있기 때문에, 생명체의 중요한 정보 분자이다. 핵산 분자는 긴 사슬 거대분자를 형성하는 4종의 염기로 구성되어 있고, 염기 배열이 사실상 비밀 메시지와 같다. 핵산분자의 시퀀스는 특정 디자인과 처리후에 유일한 마크로 사용될 수 있다. 특정 암호 기법이 핵산 시퀀스로 이루어진다면, 그의 응용은 광범위해 질 수 있다. 핵산 마크가 식용 재료 내부, 정제(캡슐, 캐플릿 또는 로젠지의 형태와 같은)에 인쇄되거나, 건강식품이나 제약회사에 의해 제공하는 환제 표면에 표시될 수 있다. 또한, 핵산 마크는 식품-랩(알루미늄 박스의 내부 라이닝, 랩 박스 및 병의 커버)에 라벨로 표지되거나 숨겨질 수 있다.
핵산 마크 또는 꼬리 물질(taggant)의 적용은 광범위하며, 예를 들면, 상기 핵산 마크는 통상적으로 염료, 아교 또는 합성수지와 같이 모조 금지용 핵산 삽입 잉크를 만들기 위한 재료와 함께 잉크에 첨가된다. 또한, 이들을 인쇄된 제품 안에 미리 정해진 메시지를 숨기는 상이한 제품의 요구를 만족시키는 달러 팻치(patch), 형광 프린팅 및 마이크로프린팅의 이면에 부분적으로 적용할 수 있다.
핵산을 베이스로 한 스테가노그래피 기법은 다음의 이점을 갖는다: 극소량의 핵산이 필요하고, 저가이며, 프린팅에 사용되는 잉크에 혼합될 수 있고, 각종 프린팅 사업에 응용될 수 있다. 예를 들면, 핵산은 회사의 중요한 기밀문서; 은행 통장 또는 금융업의 유가증권의 주식, 수표, 증권용지의 증명서; 백화점이나 클럽의 멤버쉽 카드 및 쿠폰: 예술분야의 회화 또는 조각 또는 기타 수공예품; 및 복권발행지, 우표, 맞춤 라벨(custom label), 섬유 제품, 섬유, 직물, 염료 등과 같은 적용에 이용될 수 있다.
비밀 메시지를 암호화하는 핵산을 이용하는 방법은 중요한 식물, 백신 및 고부가가치의 동물 등의 생명공학 생산물을 보호하기 위해 생명체 및 기타 유기체에도 적용될 수 있다.
제조자 또는 회사는 핵산 스테가노그래피를 통해 진품과 명품을 구별할 수 있다. 즉, 대상이 자가 생산품인지 훔친 물건인지를 구별할 수 있다. 따라서, 이러한 기술은 미리 정해진 메시지를 숨기거나 전송하는 것뿐만 아니라 모조품 방지 또는 모조품 판정에 이용될 수 있다.
비밀 메시지를 코드화하기 위한 핵산 시퀀스를 이용한 수개의 기술이 있으며, 예를 들면, 미국특허 제 6,312,911호에는 DNA를 베이스로 한 스테가노그래피에 대한 기술을 개시하고 있다. 최초로 미국 특허가 암호 키를 만들어 냈고, 이 암호 키에 따라, DNA중에 코드화된 메시지를 포함하는 비밀 메시지 DNA 가닥이 구축하고, 실질적인 DNA를 합성하였다. 그런 다음, 비밀-메시지 DNA 가닥은 매우 복잡한 프라그멘트된 인간 게놈 DNA내에 숨겨진다. 게다가, 미국 특허는 해독 기법도 개시하고 있다. 비밀 메시지 DNA가닥은 발송인과 의도된 수령인만 아는 해독 키인 프라이머 시퀀스(DNA " tags") 측면에 놓여진다. 비밀 메시지는 비밀 메시지 DNA가닥을 PCR로 증폭시키기 위한 프라이머 시퀀스 정보를 이용한 후, 암호 키로 찾아 낼 수 있고, DNA시퀀스는 분석을 통해 결정된다.
그러나, 빈틈없는 위조자, 즉 비밀을 도용하려는 사람은 발달한 PCR기술로 DNA 증폭에 필요한 프라이머를 추정할 수 있고, 직·간접적으로 암호를 해독할 수 있다. 예를 들어, 랜덤 프라이머(random primer)는 노이즈(noise)를 제거하는데 이용되고, 분자생물학 분야의 기술을 가진 사람에 의해 비밀 암호를 찾을 수 있는 확률을 높이기 위해 섭트랙팅 PCR(subtracting PCR)기술이 이용된다. 또한, 2002년 이래로 수개의 생명체의 전체 유전자 시퀀스가 알려졌고, 컴퓨터의 분석능이 더욱 강력해졌다. 비밀 메시지는 뉴클레오티드 시퀀스를 유전자 은행의 시퀀스와 나란히 배열하여 비교해보면 밝혀진다.
상기 과제를 직면함으로써, 전송이나 암호 해독 과정에서 암호화된 메시지가 도용되는 것을 막기 위해서는 더욱 정교한 기술이 요망되고 있다.
본 발명자들은 상기 기술의 문제를 해결하기 위하여, 비밀 메시지를 여러 보안층으로 커버하여 산업 스파이나 위조자가 비밀 메시지를 해독하지 못하도록 복합 암호 기법을 이용하였다.
따라서, 본 발명의 일차 목적은 비밀 메시지를 코드하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법을 제공하는 것이다. 무엇보다도, 비밀 메시지는 미리 정해진 암호 테이블(cipher table)에 따라 구축하고, 비밀 메시지 핵산 가닥으로 합성한다. 이러한 핵산 가닥은 암호 해독의 가능성을 매우 작게 하기 위해 다수의 프라그멘트로 나눈 후 숨겨진다.
본 발명의 암호 기술에서 제공하는 과정은 다음과 같다:
(a) 비밀 메시지를 이에 상응하는 오리지널 핵산 시퀀스로 전환하기 위해 예정된 "암호 테이블"을 채용한다;
(b) 상기 오리지널 핵산 분자를 다수의 핵산 프라그멘트로 나눈 후, 핵산 프라그멘트 각각의 뉴클레오티드 시퀀스를 얻는다;
(c) 예정된 시퀀스 분석용 올리고머가 (b)단계에서 설명한 핵산 프라그멘트 각각의 5´-또는 3´- 말단에 라이게이션되어 제 1의 라이게이션된 생산물이 된다. 이들 시퀀스 분석용 올리고머는 해독 과정의 시퀀스 분석에서 시퀀싱 프라이머와 상보적인 시퀀스로 사용된다;
(d) 적어도 한 쌍의 예정된 시퀀스 인식용 올리고머가 (c)단계에서 얻은 제 1의 라이게이션된 생산물의 5´-및 3´- 말단 각각에 라이게이션되어 제 2의 라이게이션된 생산물이 된다. 이들 시퀀스 인식용 올리고머쌍은 해독 과정의 PCR 반응중의 PCR 프라이머와 상보적인 시퀀스로 사용된다; 그리고
(e) 제 2의 연결 생산물은 메디아(media) 내부에 위치되고, 또한 이 메디아에 숨겨진다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 암호 기술에 상응하는 해독 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 해독 기술에서 제공하는 과정은 하기 단계로 이루어진다:
(ⅰ) 해독이 요구되는 타겟 중 메디아로부터 핵산 분자 분리;
(ⅱ) 암호 과정에서 사용된 미리 정해진 시퀀스 인식용 올리고머에 상응하는 한 쌍의 올리고머로 PCR 반응을 수행하여, 프라그멘트된 뉴클레오티드를 포함하는 증폭된 PCR 생산물 획득;
(ⅲ) 암호 과정에서 사용된 미리 정해진 시퀀스 분석용 올리고머에 상응하는 시퀀싱 프라이머로 시퀀스 분석을 수행하여, (ⅱ) 단계에서 얻은 PCR 생산물의 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스 결정;
(ⅳ) 각각의 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스의 순차 결정;
(ⅴ) (ⅲ), (ⅳ)단계의 정보에 따라 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스 획득;
(ⅵ) 예정된 암호 테이블에서 암호 해독 후에 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스에 상응하는 미리 정해진 메시지 해독.
DNA 분자로 예를 들면, DNA는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 또는 티민(T)의 네 가지 뉴클레오티드 염기로 이루어진다. 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자는 비밀 메시지를 DNA 시퀀스로 암호하기 위해서, 특별한 의미를 나타내는 특정 순차로 상기 염기를 배열할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비밀 메시지는 예정된 암호 테이블에 따라 오리지널 핵산 시퀀스로 암호화되어, 비밀 메시지가 오리지널 핵산 시퀀스에 숨겨진다. 이러한 암호 테이블은 사용자, 공지된 모스 코드(Moss code) 또는 미국 특허등록 제 6,312,911호에 기재된 암호 키로 만들어진다.
본 발명에 두 가지 암호 방법이 사용된다. 각각의 DNA 프라그멘트가 인공적으로 합성되어 개별적으로 암호화된다. 또는, 오리지널 DNA 시퀀스가 처음에는 전체 길이로 합성되고, 다수의 핵산 프라그멘트로 분리된 후, 각각의 프라그멘트의 암호화가 행해진다.
또한, 암호 과정에 사용되는 시퀀스 분석용 올리고머는 특히 한정되는 것은 아니다. 시퀀스 분석용 올리고머는 각각의 핵산 프라그멘트와 동일하거나 상이하여도 좋고, 올리고머는 핵산 프라그멘트의 5´-또는 3´- 말단중의 하나에 라이게이션되어도 좋다.
해독의 어려움을 증가시키기 위해서, 적어도 하나의 무의미한 슈도 시퀀스(pseudo-sequences)를 시퀀스 분석용 올리고머를 프라그멘트된 핵산에 라이게이션한 후, 라이게이션한다. 슈도 시퀀스가 많을수록 비밀 메시지를 해독하는데 더 많은 정보가 필요할 것이다. 과정이 복잡할수록 암호 해독이 어려워진다. 따라서, 해독 가능성을 상당히 감소시키는 복합 암호 과정으로 안정성이 보장될 것이다.
한편, 제 2의 라이게이션된 생산물이 벡터에 삽입되고, 각각의 이들 생산물을 위한 벡터는 서로 동일하거나 상이할 것이다. 또한, 벡터가 충분히 크다면, 하나의 벡터의 상이한 위치에 상이한 제 2의 라이게이션된 생산물이 삽일될 것이다. 이러한 메시지를 포함하고 있는 벡터는 직접적으로 또는 해독 가능성을 줄이기 위해 다른 게놈 DNA와 혼합된 후에 예정된 메디아에 주입된다.
본 발명에 따른 메디아 재료로서는 종이, 유리, 플라스틱, 니트로셀룰로오스층, 폴리카르보닌 에스테르, 나일론층 또는 직물 등을 들 수 있으며, 특히 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 제 2의 라이게이션된 생산물은 동일하거나 상이한 메디아로 숨겨져도 좋다.
해독 과정에서, 해독 키는 사용자의 요구에 따라 암호 해독의 어려움을 증가시키기 위해 복합적이고 상이한 방법으로 설계되어도 좋다.
설명을 더욱 명확하게 하기 위해서, 본 발명에 사용된 용어들을 하기에 열거한다.
"오리지널 핵산 시퀀스"는 예정된 "암호 테이블"에 명기된 의미에 따라 메시지를 코드하는 핵산 시퀀스를 나타낸다.
"프라그멘트된 DNA 시퀀스"는 분리 후에 오리지널 핵산 시퀀스로부터 얻어진 부분 시퀀스를 나타낸다.
"시퀀스 분석용 올리고머"는 해독과정중의 프라그멘트된 핵산 시퀀스를 분석하는데 이용되는 올리고머를 나타낸다.
"제 1의 라이게이션된 생산물"은 핵산 프라그멘트의 5´- 또는 3´-말단 각각에 시퀀스 분석용 올리고머가 라이게이션된 후의 핵산 프라그멘트의 라이게이션된 생산물을 나타낸다.
"시퀀스 인식용 올리고머"는 PCR 반응의 증폭시 프라그멘트된 핵산의 위치를 인식하기 위해 사용된 올리고머를 나타낸다.
"제 2의 라이게이션된 생산물"은 제 1의 라이게이션된 생산물의 5´-또는 3´- 말단 양쪽에 시퀀스 인식용 올리고머가 라이게이션된 후의 제 1의 라이게이션된 생산물의 라이게이션된 생산물을 의미한다. 제 1의 라이게이션된 생산물은 시퀀스 인식용 올리고머와 라이게이션된 후에 적어도 하나의 슈도 시퀀스를 포함하고 있다.
"슈도 시퀀스"는 의미가 없는 시퀀스로, 프라그멘트된 핵산 시퀀스나 오리지널 핵산 시퀀스 분석을 방해하는데 이용된다. 따라서, 해독의 복잡성이 증가한다.
"순차 배열용 올리고머"는 해독 과정에서 프라그멘트된 핵산 시퀀스를 정확한 순차로 배열하는데 이용되는 올리고머를 의미한다.
"해독 키"란 오리지널 핵산 시퀀스의 암호를 해독하는데 필요한 정보를 나타낸다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[발명의 실시 형태]
이하, 특정 실시예 및 바람직한 방법을 서술한다.
실시예1: 본 발명의 방법에 따른 미리 정해진 메시지의 암호화
제조자가 제품이 위조되는 것을 막기 위해 그의 제품 중 하나에 꼬리 물질"MADE IN BWL"를 숨기길 원한다고 가정해 보자. 상기 제조자는 확립된 암호 테이블에 따라 상기 메시지 "MADE IN BWL"을 오리지널 DNA 시퀀스로 전환할 수 있다. 쉬운 예를 들면: 암호 테이블에 따라 "MADE IN BWL"을 "agcttgcgctccgatgca"(SEQ ID NO: 1)의 DNA 시퀀스로 암호화한다고 가정해 보자.
그런 다음, 도 1에서와 같이 "agcttgcgctccgatgca"을 "agct"(SEQ ID NO: 2), "tgcgct"(SEQ ID NO: 3) 및 "ccgatgca"(SEQ ID NO: 4)와 같이 3조각의 프라그멘트된 DNA 시퀀스로 분리한다. 프라그멘트된 DNA 시퀀스를 얻는 데는 두 가지 방법이 있다. 각각의 DNA 프라그멘트를 DNA 합성기로 각각 인공적으로 합성하거나 오리지널 DNA 시퀀스를 전부 합성하여 공지 기술에 따라 원하는 DNA 프라그멘트로 나눌 수 있다.
프라그멘트된 DNA 시퀀스를 다음 단계에 따라 암호화한다. 도 2나 도 3에서와 같이 시퀀스 분석용 올리고머 "atcaatacttataatttggtt"(SEQ ID NO: 5)가 프라그멘트된 DNA 시퀀스(SEQ ID NO: 2)의 5´-말단 또는 3´-말단에 라이게이션되어 제 1의 라이게이션된 생산물을 생성한다. 슈도 시퀀스가 제 1의 라이게이션된 생산물의 5´-말단(도 2) 또는 3´-말단(도 3)에 라이게이션되어, 오리지널 시퀀스의 복잡성을 증가시켜 해독되는 것을 막는다. 그런 다음, 시퀀스 인식용 3´-말단 올리고머 "cccgggctcttatatatttcaattt"(SEQ ID NO: 7)뿐 아니라 시퀀스 인식용 5´-말단 올리고머 "gcgcgctaataactacacattta"(SEQ ID NO: 6)가 제 1의 라이게이션된 생산물에 라이게이션되어 제 2의 라이게이션된 생산물을 획득한다. 다음 단계에서, 제 2의 라이게이션된 생산물을 선택된 벡터에 클로닝한다. 나머지 프라그멘트된 DNA 시퀀스는 동일한 방식으로 처리된다. 그런 다음, 모든 제 2의 라이게이션된 생산물을 모아 선택된 메디아와 혼합한다. 따라서 DNA 암호화된 메시지를 메디아에 더 깊이 숨기게 된다.
상기 암호 과정에서, 시퀀스 인식용 5´-말단 및 3´-말단 올리고머를 라이게이션한 후, PCR 기술을 이용하여 각각의 생산물을 필요량까지 증폭할 수 있다. 이들 생산물은 제한 효소의 적용이나 점착성 말단(cohesive end)의 처리 등을 포함한 유전 공학 기술을 통해 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 DNA 벡터에 삽입된다. 상기 기술은 분자 생물학 분야의 기술을 가진 자에게 공지되어 있고, 통상적으로 수행된다.
상기 18개의 염기로 이루어진 오리지널 DNA 시퀀스는 간략하게 설명하기 위한 예이고, 실질적으로 본 발명의 범위는 상기 예에 한정되는 것은 아니다.
비밀 메시지 DNA 분리 후 얻은 프라그멘트된 DNA 시퀀스는 4∼1000개의 염기, 바람직하게는 20∼500개의 염기, 가장 바람직하게는 50∼150개의 염기로 이루어진다.
시퀀스 분석용 올리고머는 서로 동일하거나 상이하고, 4∼100개의 염기, 바람직하게는 10∼50개의 염기, 가장 바람직하게는 10∼30개의 염기로 이루어진다.
슈도 시퀀스는 4∼100개의 염기, 바람직하게는 10∼50개의 염기, 가장 바람직하게는 10∼30개의 염기로 이루어진다.
시퀀스 인식용 5´-말단 또는 3´-말단 올리고머는 서로 동일하거나 상이하고, 4∼100개의 염기, 바람직하게는 10∼50개의 염기, 가장 바람직하게는 10∼30개의 염기로 이루어진다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 암호 과정은 시퀀스 분석용 올리고머 및 시퀀스 인식용 5´-말단 또는 3´-말단 올리고머의 정보가 부족하면, 암호화된 데이터를 오리지널 메시지로 역전환되는 것을 어렵게 한다.
상기 제 2의 라이게이션된 생산물 및 이를 가지고 있는 벡터를 상당량의 비방해성(non-interfering) 게놈 DNA 또는 무작위적으로 합성된 DNA와 혼합하여, 혼합물을 메디아에 주입하여 암호 해독 기술의 어려움을 증가시킨다. 이러한 방식으로 그들을 혼합하는 것은 혼란을 야기하여 비밀 메시지를 확인하는 것을 더욱 어렵게 만든다.
메시지를 숨기고 해독 가능성을 줄이기 위해 인간 게놈 DNA의 3×109 염기쌍을 이용한 미국 특허 제 6,312,911호와 비교하여, 본 발명에서 사용된 핵산을 베이스를 둔 스테가노그래피 시스템은 메시지를 다수의 짧은 단편으로 분리하고, 그 밖의 짧은 슈도 시퀀스로 식별하지 못하게 하기 때문에, 더욱 실용적이고 더욱 안정적으로 기밀을 보장한다.
실시예 2: 본 발명의 방법에 따른 암호 해독
이하, 상기 실시예 1의 암호화 기술을 해독하는 데 이용되는 해독 기법을 서술한다.
도 4에서와 같이, DNA 분자를 메디아에서 분리한다. 실시예 1의 시퀀스 인식용 5´-말단 또는 3´-말단 올리고머에 상보적인 PCR 프라이머를 DNA 풀(pools)에서 비밀 메시지 DNA를 선별하기 위해 PCR 반응에 사용한다. 이러한 PCR 프라이머가 첫 번째 해독 키이며, 증폭된 생산물은 PCR 생산물 1, PCR 생산물 2 및 PCR 생산물 3이다.
PCR 생산물 1, PCR 생산물 2 및 PCR 생산물 3의 시퀀스 분석은 실시예 1의 시퀀스 분석용 올리고머에 상보적인 스퀀싱 프라이머로 행해진다. 이들 스퀀싱 프라이머가 두 번째 해독 키이며, 시퀀싱 반응은 전통적인 DNA 시퀀서나 파이로시퀀스(Pyrosequence) 분석으로 수행한다.
PCR 생산물 1, PCR 생산물 2 및 PCR 생산물 3을 포함한 PCR 생산물은 시퀀스 인식용 3´-말단 올리고머, 오리지널 DNA 시퀀스의 부분 시퀀스인 프라그멘트된 DNA 시퀀스, 시퀀스 분석용 올리고머, 슈도 시퀀스 및 시퀀스 인식용 5´-말단 올리고머를 포함하고 있다는 것을 이해할 필요가 있다. 프라그멘트된 DNA 시퀀스는 시퀀스 분석용 올리고머, 슈도 시퀀스 및 시퀀스 인식용 5´-말단 올리고머의 모든 정보가 제거되면, 결정된다. 또한, 시퀀스 분석이 프라그멘트된 DNA 시퀀스나 시퀀스 인식용 올리고모 말단에 이르러 멈춘다면 그 밖의 시퀀스는 분석되지 않을 것이다. 그리고 프라그멘트된 DNA 시퀀스를 얻기 위해서는, 시퀀스 인식용 올리고머의 정보만 제거될 필요가 있다.
프라그멘트된 DNA 시퀀스를 알아낸 후 완전한 오리지널 DNA 시퀀스를 해결하기 위해서는 프라그멘트된 DNA 시퀀스가 정확한 순차대로 배열되어야 한다. 순차 배열용 올리고머는 오리지널 DNA 시퀀스에서 유래된 정해진 규칙에 따라 생성되며, 그 결과 해독 과정에서 암호를 해독하기 위한 추가 해독 키로 이용된다.
도 6에서와 같이, 순차 배열용 올리고머 수는 DNA 프라그멘트 수보다 하나 적다. 세 번째 해독 키로 사용되는 순차 배열용 올리고머는 각각의 DNA 프라그멘트의 순차를 확보하기 위해 사용된다. 암호 키는 하기 예에서 설명되는 바와 같이 생성된다: SEQ ID NO: 2의 3´-말단의 두 개의 염기를 SEQ ID NO: 3의 5´-말단의 세 개의 염기와 결합하여 세 번째 해독 키 1"cttgc"(SEQ ID NO: 8)을 만들고, SEQ ID NO: 3의 3´-말단의 세 개의 염기를 SEQ ID NO: 4의 5´-말단의 세 개의 염기와 결합하여 세 번째 해독 키 2 "gctccg"(SEQ ID NO: 9)을 생성한다. 따라서, 세 번째 해독 키의 정보를 아는 사람은 비밀 암호화된 메시지를 획득하기 위한 해독과정에서 프라그멘트된 DNA 시퀀스를 정확한 순차로 배열할 수 있다.
순차 배열의 또 다른 디자인은 도 7에 나타나 있다. 세 번째 암호 키 3 "agctgcgctcgatgca"(SEQ ID NO: 10)의 DNA 가닥상의 반복된 염기는 단 한 차례만 나타난다. 오리지널 DNA 시퀀스에 나타난 염기 각각의 빈도는 네 번째 해독 키"1112111112111111"로 염기 빈도의 디지털 코드로 대응되게 표시된다. 도 7에 표시된 디지털 코드는 네 번째와 열 번째 염기의 빈도가 이중인 반면, 이외의 염기는 오직 하나임을 나타낸다. 이러한 방법으로, 비밀 암호화된 메시지를 얻기 위한 해독 과정에서 염기의 순차 및 빈도를 가정할 수 있다.
오리지널 DNA 시퀀스를 결정하면, DNA 가닥에 상응하는 비밀 메시지가 예정된 암호 테이블에서 해독 된 후에 판독된다.
상기 설명 및 실시예에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시퀀스 분석용 올리고머 및 시퀀스 인식용 올리고머는 미리 설계된다. 따라서, 이러한 올리고머를 알 수 없는 경우에는, PCR 반응 및 시퀀스 분석을 수행할 방법이 없다. 비록 목적을 가진 사람이 DNA를 무작위로 합성한 랜덤 프라이머(random primer)나 게놈 DNA의 랜덤 프라이머를 사용하더라도, 숨겨진 비밀 메시지는 시퀀싱 프라이머를 알지 못하면 분석할 수 없다.
또한, 암호 해독자는 전체 길이의 DNA가 여러 프라그멘트로 분리되어 있기 때문에, 오리지널 DNA 시퀀스를 해독하기 위해서는 모든 시퀀스 분석용 올리고머 및 시퀀스 인식용 올리고머들의 시퀀스를 알아야 한다. 그리고 상기 올리고머를 알더라도, 순차 배열용 올리고머를 알지 못하면 오리지널 DNA 시퀀스는 풀 수 없다. 따라서, 이러한 복합 암호 과정으로 이전의 DNA 스테가노그래피 기술에 비해 안정성이 보장된다.
상기 실시예로 본 발명의 범위가 한정되는 것으로 고려되어서는 안되며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 발명의 기술 사상과 아래에 첨부되는 특허 청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 암호 및 해독 기법은 제품 생산, 물류 및 품질 관리에서 상이한 레벨의 경영을 포함한 공급망의 경영에도 응용될 수 있다. 예를 들어, 본사가 특정 DNA에 베이스로 한 메시지를 디자인하고 이를 여러 프라그멘트로 나눌 수 있다. 이들 DNA 프라그멘트를 제품이나 상이한 단계의 세미-제품에 주입할 수 있다. 특정 PCR 생산물의 존재여부를 분석하고, 문제가 있는 과정을 찾아내기 위해 첫 번째 해독 키를 품질 관리 단위로 분배할 수 있다.
또한, 처음에 첫 번째 해독 키를 PCR 반응을 수행하는데 이용하여 진품을 모조품과 즉시 식별할 수 있다. 확인용의 두 번째 해독 키는 프라그멘트된 DNA 시퀀스를 알아내기 위해 사용한다. 결국, 세 번째 해독 키 또는 네 번째 해독 키 또한 제품의 진정여부를 확인하기 위해 DNA 프라그멘트 각각의 순차를 결정하는 데 이용될 수 있다.
도 1은 오리지널 핵산 시퀀스를 프라그멘트된 핵산 시퀀스로 분리하는 것을 나타내는 도이다.
도 2는 프라그멘트된 DNA 시퀀스의 5´-말단에 시퀀스 분석용 올리고머를 라이게이션하고, 여기에 슈도 시퀀스를 라이게이션하고, 시퀀스 인식용 5´-말단 및 3´- 말단 올리고머를 라이게이션한 후, 이를 선택된 벡터에 클로닝하는 것을 포함하는 시퀀스 분석용 5´-말단 올리고머의 첨가를 나타내는 도이다. 대시로 나타낸 선은 슈도 시퀀스를 나타낸다; 물결무늬의 선은 벡터 시퀀스를 나타낸다.
도 3은 프라그멘트된 DNA 시퀀스의 3´-말단에 시퀀스 분석용 올리고머를 라이게이션하고, 여기에 슈도 시퀀스를 라이게이션하고, 시퀀스 인식용 5´-말단 및 3´- 말단 올리고머의 라이게이션한 후, 이를 선택된 벡터에 클로닝하는 것을 포함하는 시퀀스 분석용 3´-말단 올리고머의 첨가를 나타내는 도이다. 대시로 나타낸 선은 슈도 시퀀스를 나타낸다; 물결무늬의 선은 벡터 시퀀스를 나타낸다.
도 4는 해독 과정중 첫번째 해독 키(시퀀스 인식용 올리고머의 상보 시퀀스, PCR 프라이머)를 첨가한 후 PCR 반응 및 PCR 생산물을 나타내는 도이다.
도 5는 해독 과정에서 두 번째 해독 키(시퀀스 분석용 올리고머의 상보적인 시퀀스, 시퀀싱 프라이머)를 첨가한 후, PCR 생산물에 대한 시퀀스 분석을 나타내는 도이다.
도 6은 세 번째 해독 키로 순차 배열용 올리고머를 이용한 순차 배열을 나타내는 도이다.
도 7은 세 번째 해독 키로 순차 배열용 올리고머와 네 번째 해독 키로 염기 빈도 디지털 코드를 이용한 해독 과정을 나타내는 도이다.
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Claims (17)

  1. 하기 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법:
    (a) 예정된 암호 테이블에 따라 미리 정해진 메시지를 이에 상응하는 오리지널 핵산 시퀀스로의 전환 단계;
    (b) 오리지널 핵산 시퀀스를 다수의 프라그멘트로 분리하고, 프라그멘트 각각의 프라그멘트된 핵산 시퀀스의 획득 단계;
    (c) 적어도 하나의 예정된 시퀀스 분석용 올리고머가 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스 각각의 5´-또는 3´- 말단에 라이게이션되어 제 1의 라이게이션된 생산물이 되고, 이들 시퀀스 분석용 올리고머는 해독 과정의 시퀀스 분석에서 시퀀싱 프라이머와 상보적인 시퀀스로 사용하는 단계;
    (d) 적어도 한 쌍의 예정된 시퀀스 인식용 올리고머가 (c)단계의 제 1의 라이게이션된 생산물의 5´-및 3´- 말단 각각에 라이게이션되어 제 2의 라이게이션된 생산물로 되고, 이들 시퀀스 인식용 올리고머쌍은 해독 과정의 PCR 반응중의 PCR 프라이머와 상보적인 시퀀스로 사용 단계; 및
    (e) (d)단계의 제 2의 라이게이션된 생산물은 메디아(media) 내부에 위치시키고, 또한 해당 메디아에 숨기는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, (b) 단계가 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스를 합성하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  3. 제 1항에 있어서, (b) 단계가 전체 길이(full length)의 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스를 합성하고, 이를 소망의 프라그멘트로 분리하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  4. 제 1항에 있어서, (c) 단계에서 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스에 라이게이션된 시퀀스 분석용 올리고머가 서로 동일한 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  5. 제 1항에 있어서, 또한 적어도 하나의 슈도 시퀀스를 (c) 단계의 제 1의 라이게이션된 생산물의 적어도 하나의 말단에 라이게이션하는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  6. 제 1항에 있어서, 또한 (d) 단계의 제 2의 라이게이션된 생산물을 뉴클레오티드 벡터에 클로닝하는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  7. 제 6항에 있어서, 제 2의 라이게이션된 생산물을 클로닝하기 위한 뉴클레오티드 벡터가 서로 동일한 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  8. 제 6항에 있어서, 제 2의 라이게이션된 생산물을 클로닝하기 위한 뉴클레오티드 벡터가 서로 상이한 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  9. 제 1항에 있어서, (d) 단계의 제 2의 라이게이션된 생산물을 또한 게놈 DNA와 혼합하는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  10. 제 1항에 있어서, 메디아가 종이, 유리, 플라스틱, 니트로셀룰로오스층, 폴리카르보닌 에스테르, 나일론층 또는 직물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 암호 기법.
  11. 하기 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.:
    (ⅰ) 해독이 요구되는 대상의 메디아로부터 핵산 분자를 분리하는 단계;
    (ⅱ) 암호 과정에서 사용된 미리 정해진 시퀀스 인식용 올리고머에 상응하는 한 쌍의 프라이머로 PCR 반응을 수행하여, 프라그멘트된 뉴클레오티드를 포함하는 증폭된 PCR 생산물을 획득하는 단계;
    (ⅲ) 암호 과정에서 사용된 미리 정해진 시퀀스 분석용 올리고머에 상응하는 시퀀싱 프라이머로 시퀀스 분석을 수행하여, (ⅱ) 단계에서 얻은 PCR 생산물의 프라그멘트된 뉴클레오티드의 시퀀스를 결정하는 단계;
    (ⅳ) 각각의 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스의 순차를 결정하는 단계;
    (ⅴ) (ⅲ), (ⅳ)단계의 정보에 따라 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스를 획득하는 단계; 및
    (ⅵ) 예정된 암호 테이블에서 암호 해독 후에 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스에 상응하는 미리 정해진 메시지를 해독하는 단계.
  12. 제 11항에 있어서, (iv)단계가 적어도 하나의 예정된 순차 배열용 올리고머로 이루어진 각각의 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스 각각의 순차를 결정하는 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.
  13. 제 12항에 있어서, 순차 배열용 올리고머가 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스에서 유래한 예정된 규칙에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.
  14. 제 13항에 있어서, 순차 배열용 올리고머가 하기 단계에 따라 제조되고, 순차 배열용 올리고머의 수가 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스의 수 보다 하나가 적고, 시퀀스 배열 방향은 5´-말단에서 3´-말단으로인 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.:
    (A) 2개의 인접한 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스 사이에서 전자의 프라그멘트된 뉴클레오티드의 3´-말단에 있는 다수의 염기를 얻는 단계;
    (B) 2개의 인접한 프라그멘트된 뉴클레오티드 시퀀스 사이에서 후자의 프라그멘트된 뉴클레오티드의 5´-말단에 있는 다수의 염기를 얻는 단계;
    (C) 순차 배열용 올리고머를 만들기 위해 (A) 및 (B)에서 얻은 염기를 결합시키는 단계; 및
    (D) 모든 순차 배열용 올리고머를 구축할 때까지, (A)에서 (C)의 단계를 반복하는 단계.
  15. 제 12항에 있어서, 적어도 하나의 오리지널 핵산 시퀀스의 빈도를 보여주는 염기를 나타내는 예정된 염기 빈도 디지털 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.
  16. 제 15항에 있어서, 순차 배열용 올리고머가 오리지널 뉴클레오티드 시퀀스에서 반복된 염기를 생략한 뉴클레오티드 시퀀스인 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.
  17. 제 11항에 있어서, 메디아가 종이, 유리, 플라스틱, 니트로셀룰로오스층, 폴리카르보닌 에스테르, 나일론층 또는 직물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산을 베이스로 한 해독 기법.
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