RO129751A2 - Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă şi la un sistem de criptare de tip OTP (One-Time-Pad), bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri ADN. Metoda de criptare, conform invenţiei, constă din transmiterea, de la o parte emiţătoare la o parte receptoare, a unei chei secrete, odată cu un mesaj criptat, cheia secretă fiind formată dintr-un antet compus dintr-un cod () pe 2 biţi, ce reprezintă modul de formare a cheii de criptare, dintr-un cod () pe 3 biţi, reprezentând numărul de ID-uri ale structurilor ADN utilizate la obţinerea cheii de criptare, şi dintr-o înşiruire () a ID-urilor structurilor ADN utilizate la obţinerea cheii de criptare (). Sistemul de criptare, conform invenţiei, este alcătuit din două părţi: o parte emiţătoare de mesaje şi o parte receptoare, fiecare dintre cele două părţi fiind compusă dintr-o bază de date ADN (), publică sau privată, identică la ambele părţi, un bloc al datelor de intrare (), un generator de cheie ADN (), un convertor al cheii ADN în cheie binară (), un sumator modulo 2 (), un bloc de criptare () a datelor de intrare cu care se generează cheia secretă, şi un bloc de decriptare () a acesteia, mesajul criptat şi cheia secretă fiind transmise de la emiţător la receptor, acesta din urmă obţinând datele de intrare prin decriptarea cheii secrete, şi continuând cu generarea cheii ADN pe care o utilizează la decriptarea mesajului recepţionat.

Description

Invenția se referă la o metodă și la un sistem de criptare de tip OTP (One-Time-Pad) bazate pe utilizarea secvențelor aleatoare (SA) de orice lungime, utilizând structuri ADN (acid dezoxiribonucleic), sisteme demonstrate ca fiind de nespart [Sch-96], [Sta-99],

La ora actuală există generatoare pseudo-aleatoare ADN de tip congruențial [PP-06], [RG-97], [PTD-06], care ca orice generator pseudoaleator generează secvențe de lungime finită, iar parametrii generatorului (seed) trebuie transmiși celor 2 părți. Există și propuneri de secvențe aleatoare de tip ADN [CG-08] cu proprietăți foarte apropiate de ale unei secvențe aleatoare pure, obținuți prin utilizarea mai multor valori inițiale (seed-uri), dar a căror utilizare în aplicații criptografice este practic imposibilă.

Un sistem de criptare OTP, singurul sistem de nespart, are marele dezavantaj că, cheia (aleatoare), trebuie transmisă utilizatorilor.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în elaborarea unei metode de criptare și a unui sistem de comunicare sigur, de nespart, bazate pe generarea unor chei de criptare a mesajelor de transmis între două părți sau utilizate într-un sistem de stocare de date, chei cu o lungime suficient de mare astfel încât să asigure codificarea întregului mesaj, indiferent de tipul acestuia (text, imagine, sunet, video) și care să nu necesite transmiterea cheii de criptare între participanții la comunicație.

Metoda de criptare, conform invenției urmărește obținerea de chei unice de criptare constând în secvențe aleatoare bazate pe structuri ADN din baze de date biologice existente (publice sau private) sau realizate prin sinteză. Secvențele aleatoare propuse se obțin din secvențe ADN (cromozomi, gene etc.) stocate in baze de date biologice existente, cele mai mari fiind: [DDBJ], [ENA], [GenBank], Structura unei secvențe ADN dintr-un organism viu (om, animal, plantă) are un caracter aleator probat prin faptul că nu poate fi comprimată sau factorul de compresie este extrem de mic [NW-99], [CLLX-09], [FLCB-11], [DRCX+10], [RA-11],

Sistemul de criptare de tip OTP conform invenției este destinat utilizării în transmisiuni de tip duplex sau în sisteme de stocare, acesta asigurând protecția informației printr-un proces de criptare - decriptare în care cheile de criptare constau în secvențe aleatoare obținute din structuri ADN.

Sistemul, conform invenției, utilizat în transmisiuni de tip duplex este alcătuit din două părți, una emițătoare de mesaje și cealaltă receptoare, fiecare dintre cele două părți fiind compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), publică sau privată , identică la ambele părți, un bloc al datelor de intrare (DI), un generator de cheie ADN (Gen K_Adn), un convertor al cheii ADN în cheie binară (Conv ADN-B), un sumator modulo 2 (S) cu rol de criptare a mesajului, un bloc de criptare (E*) a datelor de intrare cu care se generează cheia secretă și un bloc de decriptare a acesteia (D*), mesajul criptat și cheia secretă fiind transmise de la emițător către receptor, acesta din urmă (receptorul) obținând datele de intrare prin decriptarea cheii secrete și continuând cu generarea cheii ADN pe care o utilizează la decriptarea mesajului recepționat.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a metodei de criptare bazate pe secvențe aleatoare de structuri ADN în legătură cu figurile 1 -9 care reprezintă:

£2 0 1 3 - 0 0 1 4 9 -¹ < -¾ 2013

figura 1 - secvență de cromozomi din structura ADN a pisicii domestice (Felis catus) figura 2 - secvență de cromozomi din structura ADN a porumbului (Zea mays) figura 3 - secvență de cromozomi din structura ADN a omului (Homo sapiens) figura 4 - formatul cheii secrete figura 5 - exemple de secvențe ADN în format GenBank și ID-urile lor figura 6 - formatul cheii secrete pentru exemplul prezentat figura 7 - schema bloc pentru criptosistemul OTP bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN utilizat în transmisiuni de tip duplex figura 8 - schema bloc pentru criptosistemul OTP utilizat pentru stocare de date bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN - partea de criptare a unității de înscriere

- figura 9 - schema bloc pentru criptosistemul OTP utilizat pentru stocare de date bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN - partea de decriptare a unității de citire.

Cheia de criptare/decriptare a unui criptosistem OTP bazat pe secvențe ADN se generează pornind de la informații cunoscute, validate. Se prezintă în continuare fundamentele pe care se construiesc metoda și sistemul de criptare de tip OTP bazate pe secvențe aleatoare determinate din structuri AND, conform invenției.

Codul genetic este format din 4 baze [CDLT04J: Adenina - A, Citozina - C, Guanina G, Timina - T care vor fi substituite cu o codare binară uniformă conform tabelului 1.

A	00
C	01
G	10
T	11

Tabel 1. Tabel de conversie ADN —> binar

Aceste substituții sunt ușor de realizat prin structura de selecție switch-case a unui limbaj de programare.

Lungimile secvențelor ADN aflate în bazele de date genetice sunt variabile: de la zeci de baze (o genă) până la sute de milioane de baze (un cromozom). Figurile 1-3 corelate cu tabele 2-4, demonstrează faptul că cromozomii din structura ADN a unor organisme vii precum pisica domestică (figura 1 - tabelul 2), porumbul (figura 2 - tabelul 3) sau organismul uman (figura 3 - tabelul 4) au lungimi de ordinul zecilor sau sutelor de milioane de perechi de baze (bp).

6V2013-00149-¹ *-02- 2013

Cromozom	Lungimea în bp
Al	239,302,903
A2	169,043,629
A3	142,459,683
Bl	205,241,052
B2	154,261,789
B3	148,491,654
B4	144,259,557
CI	221,441,202
C2	157,659,299
Dl	116,869,131
D2	89,822,065
D3	95,741,729
D4	96,020,406
El	63,002,102
E2	64,039,838
E3	43,024,555
FI	68,669,167
F2	82,763,536
X	126,427,096

2.

Cromozom	Lungimea în bp
1	301,354,135
2	237,068,873
3	232,140,174
4	241,473,504
5	217,872,852
6	169,174,353
7	176,764,762
8	175,793,759
9	156,750,706
10	150,189,435

Cromozom	Lungimea în bp
1	249,250,621
2	243,199,373
3	198,022,430
4	191,154,276
5	180,915,260
6	171,115,067
7	159,138,663
8	146,364,022
9	141,213,431
10	135,534,747
11	135,006,516
12	133,851,895
13	115,169,878
14	107,349,540
15	102,531,392
16	90,354,753
17	81,195,210
18	78,077,248
19	59,128,983
20	63,025,520
21	48,129,895
22	51,304,566
X	155,270,560
Y	59,373,566

4.

Tabele 2, 3, 4. Lungimea secvențelor ADN din cromozomii organismelor vii:

2. pisică, 3. porumb, 4. om

Pentru ca o secvență aleatoare (SA) să poată fi utilizată în aplicații criptografice de tip OTP, acea secvență trebuie să aibă lungimea cel puțin egală cu a mesajului în clar și să fie utilizată o singură dată (cheie de sesiune). Acest deziderat se obține realizând cheile de sesiune de lungimi corespunzătoare mesajului de criptat.

Lungimea necesară a secvenței aleatoare folosite ca și cheie de criptare depinde de tipul mesajului de transmis (text, imagine, sunet(cu debit specificat), video (cu debit specificat)), precum și de tipul de transmitere pentru sunet și video. Aceste date vor determina lungimea necesară a secvenței aleatoare folosite ca și cheie.

Se observă că în bazele de date genomice există secvențe ADN (cele din cromozomi) de lungime foarte mare ce pot asigura lungimi cerute de diverse aplicații. Tabelul 5 prezintă tipuri de mesaje și mărimea lor, datele fiind obținute prin măsurători pe fișiere reale.

ί\-2 0 1 3 - 0 0 1 49-¹ *“02- 2013

Text	Imagine	Sunet	Video
15KB/lp	402KB	5.34MB/278s (160kbps)	113MB/1140s (audio 111 kbps video 704 kbps)
639KB/23p	573KB	4.74MB/248S (160kbps)	329MB/3359s (audio 112 kbps video 695 kbps)
1.14MB/65p	1.31MB	8.48MB/222s (320kbps)	349MB/2640s (audio 153 kbps video 934 kbps)
207MB/924p	3.44MB	3.16MB/195S (128kbps)	699MB/5708s (audio 99 kbps video 909 kbps)

Tabel 5. Diferite tipuri de mesaje și mărimea lor în tabelul 6 sunt exemplificate diferite mesaje în clar și lungimea secvenței ADN (cheia de criptare) necesare pentru criptarea lor, datele fiind obținute prin măsurători pe fișiere reale. Fiecare secvență are un număr de identificare unic (ID) care va fi utilizat la datele de intrare în transmisia cheilor.

Mesajul în clar	Lungimea secvenței ADN (cheii)	Dimensiunea datelor de intrare
Text 15KB/1 pagină	61,440 bp	ID a unei secvențe ADN
Imagine 402KB	1,646,592 bp	ID a unei secvențe ADN
Sunet (160kbps) 5.34MB/278s	22,397,583 bp	ID a unei secvențe ADN
Video 329MB/3359s (audio 112 kbps, video 695 kbps)	1,384,120,320 bp	~ 5 ID-uri ale secvențelor ADN din cromozomi

Tabel 6. Diferite tipuri de mesaje în clar și lungimea cheilor de criptare

Pentru obținerea unui număr ridicat de secvențe aleatoare de lungime mare se propun mai multe modalități:

a) Un simplu cromozom obținut prin simplă citire (Tabelele 2 - 4)

b) Multiplexarea, deplasarea ciclică și concatenarea mai multor secvențe obținute din același cromozom.

Pentru exemplificare se consideră o secvență originală divizată aleatoriu în trei subsecvențe:

AATAGCACAATAA TCACATTCTTG

2013-00Π9-^{? 4} -a?- 2013

GCTTCTACTCATCT AATAGCACAATAA TCACATTCTTG

Prin deplasare ciclică și concatenare se obține secvența modificată:

c) Multiplexarea de secvențe obținute de la cromozomi distincți ale aceleiași specii.

Se exemplifică cu secvențe ADN conținute în cromozomii 4, 7 și 9 ai porumbului:

Zea mays Cr. 4:

Zea mays Cr. 7:

Zea mays Cr. 9:

A G G

A G A

G A T

CTTCTACTCATCTCCCGGCAAACAGATAT...

ATAGCACAATAAGTGCGCAAAATCGAAG...

CACATTCTTGGATTTTTGGTGGAG ACCAT...

Multiplexarea, în acest caz, se face prin parcurgerea nucleotidelor de pe aceeași poziție din secvențele cromozomilor 4, 7 și 9, de la stânga spre dreapta. Secvența rezultată este:

MUX(Zea maysțCr. 4, Cr. 7, Cr.9}) = AGGAGAGATCACTTATAC...

d) Multiplexarea de secvențe de la specii diferite după regula c)

Pentru exemplificare se consideră cromozomii din tabelul 7, cu lungimile lor exprimate în perechi de baze (bp) și în biți.

Cromozom	Lungimea secevnței ADN (bp)	Lungimea secevnței ADN (biți)	Notație lungime
Homo Sapiens Cr. 5	180,915,260	361,830,520	li
Zea mays Cr. 8	175,793,759	351,587,518	h
Felis catus Cr. CI	221,441,202	442,882,404	h

Tabel 7. Selecție de cromozomi utilizați în multiplexare în urma multiplexării celor trei secvențe după regula c) se obține o secvență nouă de lungime l_mux = 3*min(li, 1₂,1₃) = 1,054,762,554 biți Cu o astfel de cheie se pot cripta 125,7 MB de date.

E important de reținut faptul că părțile implicate în comunicare nu își transmit cheia de criptare obținută din secvențe ADN, ci o cheie secretă al cărei mod de realizare se prezintă în continuare.

Cheia secretă (figura 4), ce trebuie transmisă utilizatorului, va fi formată dintr-un antet și ID-urile secvențelor ADN utilizate la generarea cheii de criptare ADN.

Antetul se obține prin concatenarea a două secvențe binare pe 2 și respectiv pe 3 biți, notate kj și k₂ unde:

- ki reprezintă codificarea, pe 2 biți, a modului de realizare a cheii de criptare K_ADn din structuri ADN, o posibilă codificare a acestuia putând fi următoarea:

a)-00, b)-01, c)-10, d) - 11

- k₂ reprezintă codificarea, pe 3 biți, a numărului n de ID-uri de structuri ADN din baza de date ADN, structuri utilizate în crearea cheii de criptare K_Adn, printr-unul din modurile a) - d).

A* 2013-00149-î ⁴ -02- 2013

Partea a treia, k3, din structura cheii secrete se obține concatenând ID-urile pe 8 biți (IDi, ID₂, ., ID_n) ale structurilor ADN folosite la generarea cheii de criptare Kadn· Se exemplifică, în continuare, modul de creare a cheii secrete.

Exemplu:

Pentru codarea unui fișier video de dimensiune 125 MB (Tabel 6) este nevoie de o secvență ADN de lungimea 500,000,000 bp, care se poate obține prin multiplexarea a 3 secvențe diferite, fiecare de minim 167,000,000 bp. Prin urmare în cheia secretă se vor transmite 3 IDuri. în figura 2 sunt exemplificate secvențele în formatul GenBank și ID-ul fiecărei secvențe, în figura 6 este exemplificat formatul unei astfel de chei secrete.

Metoda de criptare, conform invenției, pentru sistemul de transmisiune duplex, se descrie prin următoarele etape:

1. preluarea mesajului M_A, respectiv M_B la partea emițătoare și stabilirea datelor de intrare DI (lungimea mesajului, modul de generare a cheii de criptare (unul din modurile a) - d) și ID-urile structurilor ADN utilizate la generarea cheii)

2. generarea cheii de criptare Kadn constând într-o secvență aleatoare de structuri ADN preluate din baza de date biologică BD ADN (publică sau privată)

3. conversia cheii ADN în format binar obținându-se cheia OTP binară Ka

4. criptarea mesajului în clar M_A, respectiv M_B cu ajutorul cheii binare K_A, respectiv K_B

5. crearea cheii secrete din datele de intrare DI în blocul de criptare E*_A, respectiv E’b

6. transmiterea mesajului criptat și a cheii secrete părții receptoare

7. decriptarea cheii secrete în blocul D*_B, respectiv D*_A la receptor și obținerea datelor de intrare DI din cheia secretă

8. generarea cheii ADN la receptor folosind datele de intrare DI și baza de date BD ADN, identică cu baza de date de la partea emițătoare

9. conversia cheii Radn la formatul binar K_A, respectiv K_B

10. decriptarea mesajului la receptor cu ajutorul cheii binare K_A, respectiv K_B.

Metoda de determinare de secvențe aleatoare bazate pe structuri ADN prezintă următoarele avantaje:

Asigură generarea de secvențe aleatoare binare de orice lungime utilizând secvențe de structuri ADN aflate în baze de date publice sau private

- Numărul de secvențe aleatoare distincte este practic nelimitat datorita modurilor de obținere versatile (a se vedea regulile a), b), c), d) prezentate anterior). Aceasta constituie premisa creării unui sistem de criptare cu cheie unică pe sesiune (OTP).

Se dă în continuare un exemplu de realizare a criptosistemului OTP conform invenției utilizat în transmisiuni de tip duplex, bazat se secvențe aleatoare de tip ADN (figura 7) obținute prin regulile a) - d) prezentate mai sus. Pentru o mai ușoară descriere a sistemului conform invenției, în figura 7 se utilizează următoarele notații:

BD ADN - Baza de date cu secvențe ADN (identică celor 2 corespondenți A și B), care poate fi publică sau privată

2013-CC 149-¹ * -IZ- MB

DI - bloc al datelor de intrare: lungimea necesară a secvenței după tipul mesajului în clar, numerele de identificare a secvențelor utilizate la generarea cheii, modul de realizare a cheii.

Ma - mesajul în clar al utilizatorului A

M_b - mesajul în clar al utilizatorului B

Gen Kadn - bloc de generare a secvenței ADN care va fi utilizată drept cheie de criptare (Kadn)

Conv ADN - B - bloc de transformare a cheii Kadn în format binar (K_A, K_B)

- bloc de criptare a informației de intrare (DI) folosind un algoritm simetric sau public pentru utilizatorii A, B

- bloc de decriptare a informației de intrare (DI) utilizând algoritmul ales la

Sa - sumator modulo 2 utilizat pentru criptare, respectiv pentru decriptare OTP pentru utilizatorul A

Sb - sumator modulo 2 utilizat pentru criptare, respectiv pentru decriptare OTP pentru utilizatorul B.

Se descrie în continuare protocolul de utilizare a criptosistemului OTP conform invenției, utilizat în transmisiuni duplex:

I. Transmisia A —> B

a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare A:

(1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, modul de generare a cheii (2) Generarea cheii ADN din datele de intrare și baze de date genetice: Kadn a utilizatorului A (3) Generarea cheii OTP (K_A) prin conversia cheii Kadn în format binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul și transmiterea către partea receptoare B (5) Criptarea OTP a datelor M_A: C_A = Κ_Λ © M_A și transmiterea criptogramei Ca la B.

b. Decriptarea mesajului la partea receptoare B (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul ®8 (7) Generarea cheii K_A din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la A și același generator de cheie (Gen Kadn și Conv ADN - B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei Ca utilizând cheia K_A obținută la (7): Ca ® Ka = M_A

II. Transmisia B —> A

a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare B (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, modul de generare a cheii.

(2) Generarea cheii ADN din datele de intrare si baze de date genetice: Kadn a utilizatorului B ^“2 0 1 3 - 0 0 1 49-^{1 4} '02- 2913 (3) Generarea cheii OTP (Kb) prin conversia cheii ADN la format binar binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul și transmiterea către partea receptoare A (5) Criptarea OTP a datelor M_B: C_B = K_B ® M_B și transmiterea criptogramei C_B la A

b. Decriptarea mesajului la partea receptoare A (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul ΦΪ (7) Generarea cheii K_B din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la B și același generator de cheie (Gen Kadn și Conv ADN - B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei C_B utilizând cheia K_B obținută la (7): C_B ® K_B = M_B

Criptosistemul OTP utilizat în transmisiuni duplex, bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN are următoarele avantaje:

- Sistemul de tip OTP (o cheie secretă utilizată o singură dată și având lungimea cel puțin egală cu a mesajului în clar) este demonstrat matematic ca de nespart [Ver-26], [Sha-49]

- Cheia OTP nu trebuie transmisă integral părții de recepție, ea putând fi generată ușor de aceasta prin transmiterea criptată ^fi) a datelor de intrare și utilizarea aceleiași baze de date ADN publice sau private, ceea ce asigură un management extrem de ușor al cheilor, înlăturând astfel principalul neajuns al criptografiei simetrice (managementul extrem de greu al cheilor cu cât numărul de utilizatori crește)

- Securitatea criptosistemului este dată de securitatea algoritmului de criptare a datelor de intrare (E*, D*).

Utilizând aceleași convenții de notare ca în cazul criptosistemului OTP utilizat pentru transmisiuni duplex (figura 7), se descrie în continuare protocolul de utilizare a criptosistemului OTP utilizat pentru stocare de date conform invenției (figurile 8 și 9):

a. Criptarea (la unitatea de scriere) (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, modul de generare a cheii de criptare (2) Generarea cheii de criptare ADN din datele de intrare și baze de date genetice: Kadn (3) Generarea cheii OTP (K) prin conversia cheii ADN la formatul binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul E*) și memorarea pe mediul de stocare (5) Criptarea OTP a datelor M: C = K ® M și memorarea criptogramei C pe mediul de stocare (CD, DVD, etc.)

b. Decriptarea (la unitatea de citire) (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul D* (7) Generarea cheii K din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la înscriere și același generator de cheie (Gen Kadn și Conv ADN B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei C utilizând cheia K obținută la (7): C ® K = M.

ÎV 2 Ο 1 3 - Ο Ο 1 4 9 - 1 ⁴ -02- 2013

Criptosistemul ΟΤΡ utilizat pentru stocare de date bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN prezintă avantajul că stocarea cheilor de criptare este mult mai ușoară decât în sistem clasic datorită faptului că sunt formate doar din datele de intrare (DI), deci au o lungime mult mai scurtă decât a cheii de criptare ADN folosite (K).

Bibliografie:

[Sch-96] B. Schneier, “Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source Code in C”, John Wiley & Sons, Inc, 1996.

[Sta-99] W. Stallings, “Cryptography and Network Security; Principles and Practice”, (5th Edition), Prentice Hali, 2011.

[PP-06] F. Piva, G. Principato, “RANDNA: a random DNA sequence generator”, In Silico Biology , Volume 6 (3) IOS Press, Jan 1, 2006.

[CG-08] V. S. Chandra, G. Gopakumar, A.S. Nair, “Biolets: Statistical Approach to Biological Random Sequence Generation”, Malaysian Journal of Computer Science, Voi. 21(2), 2008.

[RG-97] A. Rambaut, N.C. Grassly, “Seq-Gen: an application for the Monte Carlo simulation of DNA sequence evolution along phylogenetic trees”, CABIOS, Voi. 13 no. 3, pp. 235-238, 1997.

[PTD-06] Y. Ponty, Μ. Termier and A. Denise, “GenRGenS: Software for Generating Random Genomic Sequences and Structures”, Bioinformatics, Voi. 22, pp. 1534-1535, 2006. [DDBJ] http://www.ddbi.nig.ac.ip/Welcome-c.htiTil [ENA] http://www.ebi.ac.uk/ena/ [GenBank] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21071399 [NCBI] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome [NW-99] C. G. Nevill-Manning, I.H. Witten, “Protein is incompressible”, In Proceedings of the Conference on Data Compression (DCC '99), pp. 257-, 1999.

[CLLX-09] Christley S, Lu Y, Li C, Xie X. “Human genomes as email attachments”, Bioinformatics Voi. 25, pp. 274-275, 2009.

[FLCB-11] Μ. H.Y. Fritz, R. Leinonen, G. Cochrane and E. Bimey, “Efficient storage of high throughput DNA sequencing datausing reference-based compression”, Genome Res. Voi. 21, pp. 734-740, 2011.

[DRCX⁺10] Daily K, Rigor P, Christley S, Xie X, Baldi P. “Data structures and compression algorithms for high-throughput sequencing technologies”, BMC Bioinformatics 11: 514, 2010.

[RA-11] P. Rajarajeswari, A. Apparao, “DNABIT Compress - Genome compression algorithm”, Bioinformation, Voi. 5(8), pp. 350-360, 2011.

[CDLT04] C. R. Calladine, H. R. Drew, B. F. Luisi, A. A. Travers, “Understanding DNA The Molecule & How lt Works”, Academic Press, April 2004.

[Ver-26] G. S. Vemam, “Cipher Printing Telegraph Systems”, Journal of the American Institute of Electrical Engineers, Voi. XI.V, pp. 109-115, 1926.

[Sha-49] C. E. Shannon, “Communication Theory of Secrecy Systems”, Beli System Technical Journal, Voi. 28, No. 4, pp. 656-715, 1949.

Claims (2)

REVENDICĂRI
1. (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, modul de generare a cheii și alegerea secvențelor ADN (2) Generarea cheii ADN din datele de intrare și baze de date genetice: Kadn a utilizatorului A (3) Generarea cheii OTP (K_A) prin conversia cheii ADN în format binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul ffl) și transmiterea către partea receptoare B (5) Criptarea OTP a datelor M_A: Ca = Ka Φ M_A și transmiterea criptogramei Ca la B.

   b. Decriptarea mesajului la partea receptoare B (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul (7) Generarea cheii K_A din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la A și același generator de cheie (Gen Kadn și Conv ADN - B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei Ca utilizând cheia Ka obținută la (7): Ca ® K_A = M_a

   II. Transmisia B —> A c\- 2 Ο 1 3 - Ο Ο 1 4 9 - 1 * -02- 2013

   a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare B (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, modul de generare a cheii.

   (2) Generarea cheii ADN din datele de intrare si baze de date genetice: K_Adn a utilizatorului B (3) Generarea cheii OTP (K_B) prin conversia cheii ADN la format binar binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul ^B) și transmiterea către partea receptoare A (5) Criptarea OTP a datelor M_B: C_B = K_B ® M_B și transmiterea criptogramei C_B la A

   b. Decriptarea mesajului la partea receptoare A (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul (7) Generarea cheii K_B din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la B și același generator de cheie (Gen K_ADn și Conv ADN - B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei C_B utilizând cheia K_B obținută la (7): C_B © K_B = m_b

   5. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, alcătuit din două unități, una de înscriere (de criptare) și alta de citire (de decriptare) utilizat în sisteme de stocare, caracterizat prin aceea că, unitatea de înscriere este compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), publică sau privată , un bloc al datelor de intrare (DI), un generator de cheie ADN (Gen K_Adn), un convertor al cheii ADN în cheie binară (Conv ADN-B), un sumator modulo 2 (S) cu rol de criptare a datelor, un bloc de criptare (E*) a datelor de intrare, iar unitatea de citire este compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), identică cu baza de date ADN a unității de scriere, un bloc de decriptare a datelor de intrare (D*), un generator de cheie ADN (Gen K_Adn), un convertor al cheii ADN în cheie binară (Conv ADN-B) și un sumator modulo 2 (S) cu rol de decriptare a datelor.

   6. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că utilizează următorul protocol:

   a. Criptarea (la unitatea de înscriere) (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, modul de generare a cheii și alegerea secvențelor ADN (2) Generarea cheii ADN din datele de intrare și baze de date genetice: K_Adn (3) Generarea cheii OTP (K) prin conversia cheii ADN la formatul binar (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul E*) și memorarea pe mediul de stocare < 2 Ο 1 3 - Ο Ο 1 4 9 - ¹ < -02- 2013 (5) Criptarea ΟΤΡ a datelor Μ: C = Κ © Μ și memorarea criptogramei C pe mediul de stocare (CD, DVD, etc.)

   b. Decriptarea (la unitatea de citire) (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul D* (7) Generarea cheii K din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN identică cu cea de la scriere și același generator de cheie (Gen K_Adn și Conv ADN -B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei C utilizând cheia K obținută la (7):

   C © K = M.

   1. Metodă de criptare bazată pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, utilizată la transmisiuni de tip duplex, caracterizată prin aceea că, transmiterea securizată a mesajelor se realizează printr-un proces emisie - recepție constând în următorii pași:

   i) citirea mesajului în clar (Ma, respectiv Mb) la partea emițătoare și stabilirea datelor de intrare (DI) formate din:

   - lungimea mesajului în clar (1_A, respectiv 1_B)

   - codul corespunzător modului de formare a cheii de criptare, acesta fiind unul dintre modurile a), b), c) sau d)

   - numărul de structuri ADN din baza de date biologică (BD ADN) care se vor utiliza la generarea cheii de criptare (K_Adn) ii) generarea cheii de criptare (K_Adn) constând într-o secvență aleatoare de structuri ADN preluate din baza de date biologică (BD ADN), publică sau privată iii) conversia cheii ADN la formatul binar, obținând cheia OTP (K_A) iv) criptarea mesajului în clar (M_A), respectiv Mb) cu ajutorul cheii OTP (K_A, respectiv Kb)

   v) crearea cheii secrete din datele de intrare (DI) în blocul de criptare (E*_A, respectiv E b) vi) transmiterea mesajului criptat (C_A, respectiv Cb) și a cheii secrete părții receptoare vii) decriptarea cheii secrete în blocul de decriptare (D*_B, respectiv D*_A) la receptor și obținerea datelor de intrare (DI) viii) generarea cheii ADN la receptor folosind datele de intrare (DI) și baza de date biologică (BD ADN) ix) conversia cheii ADN (K_ADN) la formatul binar (K_A, respectiv K_B)

   x) decriptarea mesajului la receptor cu ajutorul cheii binare (K_A, respectiv Kb).

   2. Metodă de criptare bazată pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, cheia secretă care se transmite odată cu mesajul criptat, de la partea emițătoare către partea receptoare, este formată dintr-un antet care are structura următoare:

   - un cod (ki) pe 2 biți care reprezintă modul de formare a cheii de criptare, adică unul din modurile a) - d)

   C+ 2 Ο 1 3 - Ο Ο 1 4 9 - Î * -02- 2013

   - un cod (k2) pe 3 biți reprezentând numărul de ID-uri ale structurilor ADN utilizate la obținerea cheii de criptare și dintr-o înșiruire (1¾) a ID-urilor structurilor ADN utilizate la obținerea cheii de criptare (Kadn)·

   3. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, alcătuit din două părți, una emițătoare de mesaje și cealaltă receptoare, utilizat în transmisiuni de tip duplex caracterizată prin aceea că, fiecare dintre cele două părți este compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), publică sau privată , identică la ambele părți, un bloc al datelor de intrare (DI), un generator de cheie ADN (Gen Kadn), un convertor al cheii ADN în cheie binară (Conv ADN-B), un sumator modulo 2 (S) cu rol de criptare a mesajului, un bloc de criptare (E*) a datelor de intrare cu care se generează cheia secretă și un bloc de decriptare a acesteia (D*), mesajul criptat și cheia secretă fiind transmise de la emițător către receptor, acesta din urmă (receptorul) obținând datele de intrare prin decriptarea cheii secrete și continuând cu generarea cheii ADN pe care o utilizează la decriptarea mesajului recepționat.

   4. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că utilizează următorul protocol:

   I. Transmisia A —> B

   a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare A:
2. £2 0 1 3 - 0 0 1 4 9 — hp