一种基于虚拟基因组的密码系统的 构造方法获国家发明专利

2014-2-19 09:33 来源: 中国科学院
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  2月17日收悉,由中国科学院华南植物园曾纪晴、张明永等科研人员完成的“一种基于虚拟基因组的密码系统(VGC)的构造方法”获国家发明专利授权(专利号:ZL200910192218.0)。

  密码系统是信息安全的核心。传统的密码系统基本都是依赖于数学的密码系统,也就是说它们只具有数学计算上的安全性。目前仅有所谓的一次一密的密码系统具有理论上不可破译的安全性。但是,一次一密的密码系统由于存在密匙管理和分配问题,实际上难以应用。现在密码学家们正在探索新的密码系统,比如量子密码和DNA密码。由于DNA具有超大规模并行性、超低的能量消耗和超高密度的存储容量,DNA现已被用于计算、数据储存以及密码学等领域。DNA密码在理论和实践上都远没有成熟,有效的DNA密码系统并不多。现行的基于DNA的密码系统都是直接把信息“写入”DNA分子,使得这种编码方式非常脆弱,而生物学操作都要经过DNA的合成、提取、克隆、PCR扩增、DNA测序、分子杂交等复杂过程,需要昂贵的实验仪器,同时还费时费力,此外还存在DNA污染、PCR和测序有一定的出错几率等问题。DNA密码系统所传递的DNA分子只能依赖物理运输方式传送,不能通过电线、光纤和无线信道传输,因而不能用于实时通信,只能用于在对实时性要求不高的密码学应用领域。

  该发明涉及一种信息安全技术,尤其是一种基于虚拟基因组的密码系统的构造方法。该基于虚拟基因组的密码系统有两个互相匹配的密匙,一个是由随机DNA序列组成的虚拟基因组数据库(VGDB),另一个是VGDB中虚拟基因在2维微阵列中随机分布的位置表,即虚拟基因芯片(VDMC)。任意明文信息可自由地在VDMC上“书写”,也就是在VDMC微阵列上选择组成明文信息的“点”。这些挑选出来的“点”对应着VGDB中的虚拟基因,在这些虚拟基因中随机挑选一个小片段DNA序列,并用生物信息学常用工具BLAST或其它字符串搜索算法如KMP算法确认其在VGDB中的唯一性。密文就是由这些小片段DNA序列组合而成。解密过程只需用这些小片段DNA序列对VGDB进行BLAST,即可找出组成明文信息的“点”,根据VDMC即可恢复出明文信息。密文中可以随意插入任意非VGDB序列而对解密没有任何影响,因而VGC是一个很好的信息隐藏系统。此外,VGC密匙可自我更新,从而实现不可破译的一次一密系统。本发明通过在生物信息学与信息安全领域的交叉学科研究,成功解决了密码学领域一次一密的实际应用问题,在信息安全领域将有非常广阔的应用前景。