RO129751B1 - Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn - Google Patents
Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn Download PDFInfo
- Publication number
- RO129751B1 RO129751B1 ROA201300149A RO201300149A RO129751B1 RO 129751 B1 RO129751 B1 RO 129751B1 RO A201300149 A ROA201300149 A RO A201300149A RO 201300149 A RO201300149 A RO 201300149A RO 129751 B1 RO129751 B1 RO 129751B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- dna
- key
- encryption
- input data
- otp
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 118
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 28
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 64
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 description 20
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 9
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 6
- 235000007244 Zea mays Nutrition 0.000 description 6
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 5
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N cytosine Chemical compound NC=1C=CNC(=O)N=1 OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N guanine Chemical compound O=C1NC(N)=NC2=C1N=CN2 UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930024421 Adenine Natural products 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219357 Cactaceae Species 0.000 description 1
- 241000272201 Columbiformes Species 0.000 description 1
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000282324 Felis Species 0.000 description 1
- 101000898072 Homo sapiens Calretinin Proteins 0.000 description 1
- 101000856022 Homo sapiens Complement decay-accelerating factor Proteins 0.000 description 1
- 101000806138 Homo sapiens Dehydrogenase/reductase SDR family member 4 Proteins 0.000 description 1
- 101001122930 Homo sapiens Periphilin-1 Proteins 0.000 description 1
- 101000835745 Homo sapiens Teratocarcinoma-derived growth factor 1 Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 1
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 1
- 229960000643 adenine Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 229940104302 cytosine Drugs 0.000 description 1
- 238000013144 data compression Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012165 high-throughput sequencing Methods 0.000 description 1
- 238000000126 in silico method Methods 0.000 description 1
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)
- Storage Device Security (AREA)
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 participanți 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 în 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 cealalta 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 (Dl), 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.
Se da în continuare un exemplu de realizare a metodei de criptare bazate pe secvențe aleatoare de structuri ADN în legătură cu fig. 1...9 care reprezintă:
- fig. 1, secvență de cromozomi din structura ADN a pisicii domestice (Felis cactus);
- fig. 2, secvență de cromozomi din structura ADN a porumbelului (Zea mays);
- fig. 3, secvență de cromozomi din structura de ADN a omului (Homo sapiens);
- fig. 4, formatul cheii secrete;
- fig. 5, exemple de secvențe ADN în format GenBank și ID-urile lor;
- fig. 6, formatul cheii secrete pentru exemplul prezentat;
- fig. 7, schema bloc pentru criptosistemul OTP bazat pe secvențe aleatoare de tip AND utilizat în trasmisiuni de tip duplex;
- fig. 8, schema bloc pentru criptosistemul OTP utilizat pentru stocarea de date bazat pe secvențe aleatoarede tip ADN - partea de criptare a unității de înscriere;
RO 129751 Β1
- fig. 9, schema bloc pentru criptosistemul OTP utilizat pentru stocarea de date bazat 1 pe secvențe aleatoarede tip ADN - partea de decriptare a unității de citire.
Cheia de criptare/decriptare a unui criptosistem OTP bazat pe secvențe ADN se 3 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 5 determinate din structuri ADN, conform invenției.
Codul genetic este format din 4 baze [CDLT04]: Adenina - A, Citozina - C, Guanina - G, 7 Timina - T care vor fi substituite cu o codare binară uniformă conform tabelului 1.
Tabel de conversie ADN -> binar
Tabelul 1
| A | 00 |
| C | 01 |
| G | 10 |
| T | 11 |
Aceste substituții sunt ușor de realizat prin structura de selecție switch - case a unui 19 limbaj de programare.
Lungimile secvențelor ADN aflate în bazele de date genetice sunt variabile: de la zeci 21 de baze (o genă) până la sute de milioane de baze (un cromozom). Fig. 1...3 corelate cu tabelele 2...4, demonstrează faptul că cromozomii din structura ADN a unor organisme vii 23 precum pisica domestică (fig. 1 - tabelul 2), porumbul (fig. 2 - tabelul 3) sau organismul uman (fig. 3 - tabelul 4) au lungimi de ordinul zecilor sau sutelor de milioane de perechi de baze (bp). 25
Lungimea secvențelor ADN din cromozomii organismelor vii: 2. pisică, 3. porumb, 4. om 27
Tabele 2, 3, 4
| 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 in 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 |
3.
| 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.
RO 129751 Β1
Pentru ca o secvență aleatoare (SA) să poată fi utilizată în aplicații criptografice de tip OTP, acea secvență trebuie să aibă lungimea cel pușin 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.
Diferite tipuri de mesaje și mărimea lor
Tabelul 5
| 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) |
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.
Diferite tipuri de mesaje în clar și lungimea cheilor de criptare
Tabelul 6
| 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 |
Pentru obținerea unui număr ridicat de secvențe aleatoare de lungime mare se propun mai multe modalități:
a) Un simplu cromozom obținut prin simpla citire (Tabelele 2-4).
b) Multiplexarea, deplasarea ciclică și concatenarea mai multor secvențe obținute din același cromozom.
RO 129751 Β1
Pentru exemplificare se consideră o secvență originală divizată aleatoriu în trei 1 subsecvențe:
>ATAGCACAATAA 11 TCACATTCTTG || GCTTCTACTCATCT
Prin deplasare ciclică și conctenare se obține secvența modificată: 5 rGCTTCTACrCATCTȚAATAGCACAATAA TCACATTCTTG
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: 9
Zea mays Cr. 4:
Zea mays Cr. 7:
Zea mays Cr. 9:
G CTTCTACTC ATCTCCCGGC A A AC AG AT AT...
A ATAGCACAATAAGTGCGCAAAATCGAAG...
T CACATTCTTGGATTTTTGGTGGAGACCAT...
Multiplexarea, în acest caz, se face prin parcurgerea nucleotidelor de pe aceeași poziție 15 din secvențele cromozomilor 4, 7 și 9, de la stânga spre dreapta. Secvența rezultată este:
MUX(Zea mays{Cr. 4, Cr. 7, Cr. 9}) = AGGAGAGATCACTTATAC... 17
d) Multiplexarea de secvențe de la specii diferite după regula c).
Pentru exemplificare se consideră cromozomii din tabelul 7, cu lungimile lor exprimate 19 în perechi de baze (bp) și în biți.
Selecție de cromozomi utilizați în multiplexare
Tabelul 723
| Cromozom | Lungimea sccevnței ADN (bp) | Lungimea secevnțci ADN (biți) | Notație lungime | 25 |
| Homo Sapiens Cr. 5 | 180,915,260 | 361,830,520 | li | |
| Zea mays Cr. 8 | 175,793,759 | 351,587,518 | h | 27 |
| Felis catus Cr. CI | 221,441,202 | 442,882,404 | h | |
| 29 |
în urma multiplexării celor trei secvențe după regulă c) se obține o secvență nouă de lungime 1mux= 3*min(111213)= 1,0547,762,554 biți.31
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 33 criptare obținută din secvențe ADN, ci o cheie secretă al cărei mod de realizare se prezintă în continuare.35
Cheia secretă (fig. 4), ce trebuie transmisă utilizatorului, va fi formată dintr-un antet și ID-urile secvențelor ADN utilizate la generarea cheii de criptare ADN.37
Antetul se obține prin concatenarea a două secvențe binare pe 2 și respectiv pe 3 biți, notate și k2 unde:39
- k·! reprezintă codificarea, pe 2 biți, a modului de realizare a cheii de criptare KADNdin structuri ADN, o posibilă codificare a acestuia putând fi următoarea:41
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 43 de date ADN, structuri utilizate în crearea cheii de criptare KADN, printr-unul din modurile a) - d).
Partea a treia, k3, din structura cheii secrete se obține concatenând ID-urile pe 8 biți (ID^ 45 ID2, ., IDn) ale structurilor ADN folosite la generarea cheii de criptare KADN. Se exemplifică, în continuare, modul de creare a cheii secrete. 47
RO 129751 Β1
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 ID-uri. în fig. 2 sunt exemplificate secvențele în formatul GenBank și ID-ul fiecărei secvențe, în fig. 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 MA, respectiv MB la partea emițătoare și stabilirea datelor de intrare Dl (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 MA, respectiv MB cu ajutorul cheii binare KA, respectiv KB;
5. crearea cheii secrete din datele de intrare Dl 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 Dl din cheia secretă;
8. generarea cheii ADN la receptor folosind datele de intrare Dl și baza de date BD ADN, identică cu baza de date de la partea emițătoare;
9. conversia cheii KADN la formatul binar KA, respectiv KB;
10. decriptarea mesajului la receptor cu ajutorul cheii binare KA, respectiv KB.
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 datorită 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 (fig. 7) obținute prin regulile a) - d) prezentate mai sus. Pentru o mai ușoară descriere a sistemului conform invenției, în fig. 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;
D1 - 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;
Mb - 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 (KA, KB)
E*ab - bloc de criptare a informației de intrare (Dl) folosind un algoritm simetric sau public pentru utilizatorii A, B;
D*ab - bloc de decriptare a informației de intrare (Dl) utilizând algoritmul ales la E*AB
RO 129751 Β1
SA - sumator modulo 2 utilizat pentru criptare, respectiv pentru decriptare OTP pentru 1 utilizatorul A;
SB - sumator modulo 2 utilizat pentru criptare, respectiv pentru decriptare OTP pentru 3 utilizatorul B.
Se descrie în continuare protocolul de utilizare a criptosistemului OTP conform invenției, 5 utilizat în transmisiuni duplex:
1. Transmisia A > B 7
a) Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare A:
(1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, 9 modul de generare a cheii;
(2) Generarea cheii ADN din datele de intrare și baze de date genetice: KADN a 11 utilizatorului A;
(3) Generarea cheii OTP (KA) prin conversia cheii KADN în format binar;13 (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul E*A) și transmiterea către partea receptoare B;15 (5) Criptarea OTP a datelor MA: CA = KA Φ MA și transmiterea criptogramei CA la B;
b) Decriptarea mesajului la partea receptoare B17 (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul D*B;
(7) Generarea cheii KA din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN 19 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 21 (7): CA Φ KA = MA.
2. Transmisia B > A 23
a) Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare B (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, 25 modul de generare a cheii;
(2) Generarea cheii ADN din datele de intrare și baze de date genetice: KADN a 27 utilizatorului B;
(3) Generarea cheii OTP (KB) prin conversia cheii ADN la format binar binar29 (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public (blocul E*B) și transmiterea către partea receptoare A;31 (5) Criptarea OTP a datelor MB: CB = KB Φ MB și transmiterea criptogramei CB la A;
b) Decriptarea mesajului la partea receptoare A33 (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul D*A;
(7) Generarea cheii KB din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN 35 identică cu cea de la B și același generator de cheie (Gen KADN și Conv ADN - B) (8) Decriptarea OTP a criptogramei CB utilizând cheia KB obținută la 37 (7): CB Φ KB = Mb.
Criptosistemul OTP utilizat în transmisiuni duplex, bazat pe secvențe aleatoare de tip 39 ADN are următoarele avantaje:
- sistemul de tip OTP (o cheie secretă utilizată o singură dată și având lungimea cel 41 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 43 de aceasta prin transmiterea criptată (E*A,E*B) a datelor de intrare și utilizarea aceleiași baze de date ADN publice sau private, ceea ce asigură un management extrem de ușor al cheilor, 45 înlăturând astfel principalul neajuns al criptografiei simetrice (managementul extrem de greu al cheilor cu cât numărul de utilizatori crește); 47
- securitatea criptosistemului este dată de securitatea algoritmului de criptare a datelor de intrare (E*, D*). 49
RO 129751 Β1
Utilizând aceleași convenții de notare ca în cazul criptosistemului OTP utilizat pentru transmisiuni duplex (fig. 7), se descrie în continuare protocolul de utilizare a criptosistemului OTP utilizat pentru stocare de date conform invenției (fig. 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 Φ 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 Φ K = M.
(9) Criptosistemul OTP utilizat pentru stocare de date bazat pe secvențe aleatoare de tip ADN prezintă avantajul ca stocarea cheilor de criptare este mult mai ușoara decât în sistem clasic datorită faptului că sunt formate doar din datele de intrare (Dl), 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, M. 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.html [ENA] http://www.ebi.ac.uk/ena/
[GenBank] http://www.ncbi.nlm.nih.gOv/pubmed/21071399 [NCBI] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gcnomc
[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.
RO 129751 Β1
[FLCB-11] Μ. H.Y. Fritz, R. Leinonen, G. Cochrane and E. Bimey, “Efficient storage of 1 high throughput DNA sequencing datausing reference-based compression”, Genome Res.
Voi. 21, pp.734-740, 2011. 3
[DRCX+10] Daily K, Rigor P, Christley S, Xie X, Baldi P. “Data structures and compression algorithms for high-throughput sequencing technologies”, BMC Bioinformatics 5 11: 514, 2010.
[RA-11] P. Rajarajeswari, A. Apparao, “DNABIT Compress - Genome compression 7 algorithm”, Bioinformation, Voi. 5(8), pp. 350-360, 2011.
[CDLT04] C. R. Calladine, H. R. Drew, B. F. Luisi, A. A. Travers, “Understanding DNA 9 The Molecule & How It Works”, Academic Press, April 2004.
[Ver-26] G. S. Vemam, “Cipher Printing Telegraph Systems”, Journal of the American 11 Institute of Electrica! Engineers, Voi. XLV, pp. 109-115, 1926.
[Sha-49] C. E. Shannon, “Communication Theory of Secrecy Systems”, Bell System 13 Technical Journal, Voi. 28, No. 4, pp. 656-715, 1949.
Claims (8)
- Revendicări1. 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 la partea emițătoare și stabilirea datelor de intrarea formate din:- lungimea mesajului în clar,- un cod corespunzător modului de formare a cheii de criptare,- numărul de structuri ADN din baza de date (BD ADN) biologică care se vor utiliza la generarea cheii (KADN ) de criptare;ii) generarea cheii de criptare (KADN) constând într-o secvență aleatoare de structuri ADN preluate dintr-o bază de date (BD ADN) biologică, publică sau privată;iii) conversia cheii ADN la formatul binar, obținând cheia OTP (KA);iv) criptarea mesajului în clar (MA), respectiv (MB) cu ajutorul cheii OTP (KA , respectiv kb);v) crearea cheii secrete din datele de intrare (Dl) într-un bloc de criptare (EA, respectiv Eb);vi) transmiterea mesajului criptat (CA, respectiv CB) și a cheii secrete părții receptoare;vii) decriptarea cheii secrete într-un blocl de decriptare (DB, respectiv DA) la receptor și obținerea datelor (Dl) de intrare aferente;viii) generarea cheii ADN la receptor folosind datele (Dl) de intrare noi și baza de date (BD ADN) biologică;ix) conversia cheii ADN (KADN) la formatul binar (KA, respectiv KB);x) decriptarea mesajului la receptor cu ajutorul cheii binare (KA, 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 (kj pe 2 biți care reprezintă modul de formare a cheii de criptare;- un cod (k2) pe 3 biți reprezentând numărul de ID-uri ale structurilor ADN utilizate la obținerea cheii de criptare;- și dintr-o înșiruire (k3) a ID-urilor structurilor ADN utilizate la obținerea cheii de criptare (^adn)·3. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri ADN, ce folosește metoda de la revendicarea 1, utilizat în transmisiuni de tip duplex, alcătuit din două părți, una emițătoare de mesaje și cealaltă receptoare, caracterizat 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 (Dl), un generator (Gen KADN) de cheie ADN, un convertor (Conv ADN-B) al cheii ADN în cheie binară, un sumator (S) modulo 2 cu rol de criptare a mesajului, un bloc (E), de criptare 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, receptorul obținând datele de intrare prin decriptarea cheii secrete și continuând cu generarea cheii ADN pe care o utilizează la decriptarea mesajului recepționat.RO 129751 Β14. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri 1 ADN, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că utilizează următorul protocol:1. Transmisia A >B 3a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare A:(1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, modul de generare a cheii 5 și alegerea secvențelor ADN;
- (2) Generarea cheii ADN (KADN) din datele de intrare și baze de date genetice a 7 utilizatorului (A);
- (3) Generarea cheii OTP (Ka) prin conversia cheii ADN în format binar;9 (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public și transmiterea către partea receptoare (B);11 (5) Criptarea OTP a datelor MA: CA = Ka Φ MA și transmiterea criptogramei (CA) la B;b. Decriptarea mesajului la partea receptoare B13 (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul (DB);(7) Generarea cheii (KA) din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN 15 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 17 (7): Ca Φ KA = MA2. Transmisia B >A 19a. Criptarea mesajului de transmis, la partea emițătoare (B) (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, alegerea secvențelor ADN, 21 modul de generare a cheii;(2) Generarea cheii ADN(Kadn) din datele de intrare și baze de date genetice a 23 utilizatorului (B);(3) Generarea cheii OTP (KB ) prin conversia cheii ADN la format binar binar;25 (4) Criptarea datelor de intrare utilizând un algoritm simetric sau public și transmiterea către partea receptoare (A)27 (5) Criptarea OTP a datelor MB: CB = KB ΦΜΒ și transmiterea criptogramei (CB) la (A);b. Decriptarea mesajului la partea receptoare (A)29 (6) Decriptarea datelor de intrare, realizata in blocul (DA) (7) Generarea cheii (KB) din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN 31 identică cu cea de la (B) și același generator (Gen KADN și Conv ADN - B) de cheie (8) Decriptarea OTP a criptogramei (CB) utilizând cheia (KB) obținută la 33 (7): CB Φ KB = Mb.5. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuri 35 ADN, ce folosește metoda de la revendicarea 1, alcătuit din două unități, una de înscriere și alta de citire utilizat în sisteme de stocare, caracterizat prin aceea că, unitatea de înscriere este 37 compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), publică sau privată, un bloc al datelor de intrare (Dl), un generator (Gen KADN) de cheie ADN, un convertor (Conv ADN-B) al cheii ADN în cheie 39 binară, un sumator (S) modulo 2 cu rol de criptare a datelor, un bloc (E) de criptare a datelor de intrare, iar unitatea de citire este compusă dintr-o bază de date ADN (BD ADN), identică cu 41 baza de date ADN a unității de scriere, un bloc de decriptare a datelor de intrare (D), un generator (Gen KADN) de cheie ADN, un convertor (Conv ADN-B) al cheii ADN în cheie binară 43 și un sumator (S) modulo 2 cu rol de decriptare a datelor.RO 129751 Β11 6. Sistem de criptare de tip OTP bazat pe secvențe aleatoare determinate din structuriADN, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că utilizează următorul protocol:3 a. Criptarea - la unitatea de înscriere (1) Stabilirea datelor de intrare: lungimea mesajului în clar, modul de generare a cheii5 și alegerea secvențelor ADN;(2) Generarea cheii ADN (KADN) din datele de intrare și baze de date genetice;7 (3) Generarea cheii OTP (K) prin conversia cheii ADN la formatul binar;
- (4) Criptarea datelor de intrare realizată în blocul (E) utilizând un algoritm simetric sau9 public și memorarea pe mediul de stocare;
- (5) Criptarea OTP a datelor M: C = K Φ M și memorarea criptogramei (C) pe mediul de11 stocare;b. Decriptarea - la unitatea de citire13
- (6) Decriptarea datelor de intrare, realizată în blocul (D);
- (7) Generarea cheii (K) din datele de intrare obținute la (6) utilizând baza de date ADN15 identică cu cea de la scriere și același generator (Gen KADN și Conv ADN) de cheie;
- (8) Decriptarea OTP a criptogramei (C) utilizând cheia (K) obținută la (7).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300149A RO129751B1 (ro) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300149A RO129751B1 (ro) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO129751A2 RO129751A2 (ro) | 2014-08-29 |
| RO129751B1 true RO129751B1 (ro) | 2020-12-30 |
Family
ID=51396289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201300149A RO129751B1 (ro) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO129751B1 (ro) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2576310A (en) * | 2018-08-10 | 2020-02-19 | Andrew Croall Paul | Chromosomal identification |
| US11271724B2 (en) | 2019-02-21 | 2022-03-08 | Quantum Lock, Inc. | One-time-pad encryption system and methods |
-
2013
- 2013-02-14 RO ROA201300149A patent/RO129751B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO129751A2 (ro) | 2014-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ravichandran et al. | DNA chaos blend to secure medical privacy | |
| EP1834438B1 (en) | Cryptography related to keys | |
| Jacob | DNA based cryptography: An overview and analysis | |
| Basu et al. | Bio-inspired cryptosystem with DNA cryptography and neural networks | |
| CN104067556B (zh) | 用于确定自动机是否已经接受了字符串的系统 | |
| TW202013927A (zh) | 基於質數陣列的後量子非對稱密鑰產生方法及系統、加密方法、解密方法及加密通訊系統 | |
| Namasudra et al. | Introduction of DNA computing in cryptography | |
| Gupta et al. | DNA based cryptographic techniques: A review | |
| Hamad | Novel Implementation of an Extended 8x8 Playfair Cipher Using Interweaving on DNA-encoded Data. | |
| Anwar et al. | DNA cryptography based on symmetric key exchange | |
| Mondal et al. | Review on DNA cryptography | |
| Hamed et al. | Comparative study for various DNA based steganography techniques with the essential conclusions about the future research | |
| Aieh et al. | Deoxyribonucleic acid (DNA) for a shared secret key cryptosystem with Diffie hellman key sharing technique | |
| Agrawal et al. | Data hiding using dictionary based substitution method in DNA sequences | |
| RU2411666C1 (ru) | Способ шифрования | |
| Skariya et al. | Enhanced double layer security using RSA over DNA based data encryption system | |
| Devi et al. | Image encryption through RNA approach assisted with neural key sequences | |
| Kumar | Data security and privacy using dna cryptography and aes method in cloud computing | |
| Jarold et al. | Hardware implementation of DNA based cryptography | |
| RO129751B1 (ro) | Metodă şi sistem de criptare de tip otp bazate pe secvenţe aleatoare determinate din structuri adn | |
| Sen et al. | Bit level symmetric key cryptography using genetic algorithm | |
| Ahmed et al. | Increasing robustness of data encryption standard by integrating DNA cryptography | |
| El-Moursy et al. | DNA-based cryptography: motivation, progress, challenges, and future | |
| Mokhtari et al. | Analysis and design of affine and hill cipher | |
| Borda et al. | New DNA based random sequence generation and OTP encryption systems for transmission and storage |