【摘 要】
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DNA密码多以DNA分子为信息载体,生物学技术为实现工具,实现基于DNA技术的密码运算方法。为了提高算法计算安全性,DNA密码还通过执行编码映射、碱基计算以及混淆编码表等混淆映射的操作来实现信息加密。本文通过设计DNA逻辑计算模型和混淆映射方法,结合分子信标以及DNA存储技术,对基于DNA的一次一密密码算法的设计和实现进行了深入研究,具体内容如下:(1)为了挖掘计算并行性强大的新型DNA逻辑模型并
【基金项目】
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河南省科技攻关项目(182102110333); 河南理工大学博士基金项目(B2012-050); 河南省高等学校青年骨干教师资助项目(2019GGJS061);
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DNA密码多以DNA分子为信息载体,生物学技术为实现工具,实现基于DNA技术的密码运算方法。为了提高算法计算安全性,DNA密码还通过执行编码映射、碱基计算以及混淆编码表等混淆映射的操作来实现信息加密。本文通过设计DNA逻辑计算模型和混淆映射方法,结合分子信标以及DNA存储技术,对基于DNA的一次一密密码算法的设计和实现进行了深入研究,具体内容如下:(1)为了挖掘计算并行性强大的新型DNA逻辑模型并应用于密码运算方法中,本文提出了一种基于蛋白质适配体的DNA逻辑计算模型,并利用该逻辑计算模型构造出了一种一次一密算法。该方案首先构造了一个特殊的结合凝血酶的适配体结构,利用适配体信标技术来检测凝血酶活性,基于凝血酶是否能够激活而打开荧光的特殊条件来构造逻辑运算。将不同杂交长度的适配体互补链作为输入信号,蛋白质与适配体特异结合力改变后打开的荧光信息作为输出信号。通过生物实验验证了通过适配体互补链调控凝血酶活性的可行性,并构造出了与、或、异或三种逻辑门。最终利用异或门构造了基于蛋白适配体逻辑计算模型的一次一密算法。(2)针对基于DNA的一次一密算法中存在计算安全性低以及生物实验实际操作困难的问题,提出了一种基于混淆映射和DNA存储技术的一次一密密码算法。在算法中,采用混沌映射、编码映射、混淆编码表和模拟生物操作过程等混淆映射方法来增大密钥空间,利用编码映射和混淆编码表为数据信息与生物信息的转换提供依据。通过对安全参数和混淆参数的选择,实现更加随机化的动态加解密过程。此外,通过DNA存储技术包括DNA合成以及DNA测序的使用,实现了数据信息和生物信息的物理隔离。理论分析和仿真实验表明,该算法提供数学和生物双重安全性,除了具备破解DNA生物实验本身的困难性优势以外,还提供了较高的计算安全性。图31幅,表15个,参考文献72篇。
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