基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法及应用，通过将明文信息编码成DNA序列，再采用加密算法对其进行预处理，生成一条伪DNA片段；然后，使用限制性内切酶和连接酶将伪DNA片段和标记基因片段连接到DNA质粒载体上，并将所得的重组质粒进一步隐藏到细菌体内；最后，将含有机密信息的细胞隐藏到大量无关的伪装细胞中，通过选择性培养筛选出所隐藏的细胞。本发明专利技术加密与隐藏的方法在认证或者签名技术中的应用。本发明专利技术实现机密信息的加密、隐藏与传递，增加了系统的破解难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息加密
，尤其涉及一种基于重组DNA技术对信息进行加密 与隐藏的方法应用。
技术介绍
21世纪是网络高速发展的信息时代，特别是随着互联网和物联网的快速发展，大 部分政府机关、企业和个人将信息资料存放在网络数据库中，使得信息的搜索更加便捷，信 息的传输更加快捷，信息的使用更加有效。信息资料已经成为各界资产的重要组成部分。 然而，信息时代在给世界各国带来发展机遇的同时，也对维护国家安全和信息安全提出了 挑战。一方面，信息是社会稳定和经济发展的重要资源，信息技术和产业的迅猛发展不仅促 进了经济发展和社会进步，也给人们的工作和生活带来了巨大的方便；另一方面，随着信息 技术和IT产业的发展，危害信息安全的事件与日俱增。信息安全问题已经成为影响国家安 全、社会稳定、经济发展和人身财产的重大问题，必须采取措施保证信息资源的价值性、完 整性、保密性和可控性。 密码学的计算方式从原始的手工计算到机械计算，再到电子计算的转变，计算能 力不断提升。一方面，随着现代工业技术的发展，电子电路已迈入超大规模集成电路和特大 规模集成电路时代，晶体管的设计逐渐接近物理极限，电子计算技术逐渐迈向瓶颈。为了满 足计算的需求，各界研宄人员不断寻求新一代计算技术和计算机体系结构来提高运算速度 和信息存储能力；另一方面，现代密码学大都是基于数学难题的密码学，除了一次一密外， 其他密码体系的安全性完全依赖于数学上的困难问题，其密码系统仅具备计算安全性，若 攻击者具有足够的计算能力，就能轻易的破译这些密码体系，密码技术受到了威胁。因此， 研宄非数学的密码具有重要的意义。 分子生物技术的发展和分子生物计算机的诞生为密码理论提供了一种全新 思路，科学家们逐渐将生物技术应用于密码领域，展开基于核酸分子的计算及信息安 全技术的研宄工作。现阶段的分子生物计算和分子生物密码主要是以脱氧核糖核酸 (DeoxyribonucleicAcid，DNA)作为载体，也常被称作DNA计算和DNA密码，现已发展成为 一个新颖而极具潜力的交叉学科。分子生物计算拥有全新的数据结构和计算方法，它的应 用为信息安全技术带来了新的机遇。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法及 应用，旨在解决传统的信息隐藏方式安全性比较低，容易破译的问题。 本专利技术是这样实现的，一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，所 述方法包括以下步骤： (1)将机密信息编码成碱基序列； (2)对编码后的碱基序列加密到载体DNA序列后得到伪装DNA序列； (3)利用重组DNA技术将伪装DNA序列重组到含有选择性抗性基因的DNA质粒载 体；将重组后的DNA质粒载体转化受体细胞，并与无关的伪装细胞混合。 重组DNA技术的基本过程包括五个步骤：目的基因DNA片段的获得，外源DNA分子 与载体DNA分子的体外重组，重组DNA分子转移到适当的受体菌或细胞中复制，重组DNA分 子抗性或者标记的筛选和鉴定，目的基因或其表达产物的纯化和鉴定。重组DNA技术包含 天然的加密与解密过程，可用于设计新型密码。 在本专利技术中，用DNA连接酶将伪装DNA序列与选择标记基因连接到质粒载体，得到 重组质粒载体。将重组DNA质粒转化到宿主细胞，如大肠杆菌。最后，将宿主细胞随大量无 关的细胞一同发送给接收方。重组DNA中含有选择性抗性基因，接收方可以在合适的选择 性培养基中培养所接收到的细胞，只有具有特殊抗性的细胞才能存活并扩增。 优选地，在步骤（1)中，所述将机密信息编码成碱基序列的方式包括两位二进制 表示一个碱基的编码方式和三个核苷酸来编码一个字符的三联体编码方式。 由于本专利技术的安全性主要依赖于生物困难问题，该密码方案中所采用的编码方式 对本方案的安全性影响不大。因此，可以对明文信息只先进行简单的编码处理。常用的编 码方式有用两位二进制表示一个碱基的编码方式和利用三个核苷酸来编码一个字符的三 联体编码方式。本密码方法中采用三个核苷酸编码一个字符的三联体编码方式。三联体编 码方式如表1所示，假设秘密消息是M，编码后的DNA序列是M'，M' = {ffli，m2,. . .，mp}，p 是M'的长度，p彡n，p彡m。 表1三联体编码对照表【主权项】1. 一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，其特征在于，所述方法包括 以下步骤： (1) 将机密信息编码成碱基序列； (2) 对编码后的碱基序列加密到载体DNA序列后得到伪装DNA序列； (3) 利用重组DNA技术将伪装DNA序列重组到含有选择性抗性基因的DNA质粒载体； 将重组后的DNA质粒载体转化受体细胞，并与无关的伪装细胞混合。2. 如权利要求1所述的基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，其特征在于， 在步骤（1)中，所述将机密信息编码成碱基序列的方式包括两位二进制表示一个碱基的编 码方式和三个核苷酸来编码一个字符的三联体编码方式。3. 如权利要求2所述的基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，其特征在于， 所述步骤（2)具体包括以下步骤： A、 选取一条载体DNA序列和一个随机产生的递增整数序列A作为载体序列的位置信 息；选取一条DNA参考序列和一个随机产生的递增整数序列B作为参考序列的位置信息； B、 设计单映射规则表，该规则表根据参考序列K及其位置信息B、载体序列S及其位置 信息A和加密信息M'得到伪序列S'中的秘密信息；或者根据参考序列K及其位置信息B、 伪序列S'及其位置信息A和加密信息M'得到载体序列S; C、 根据所构建的单映射规则表，定义转换函数来隐藏秘密信息； D、 根据转换函数和位置信息序列A、B，将所述编码后的碱基序列隐藏到载体DNA序列 的指定位置，没有隐藏信息的位置随机分配碱基，得到伪装DNA序列。4. 如权利要求3所述的基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，其特征在于， 在步骤（3)中，所述伪装DNA序列对DNA质粒载体中其他基因不构成干扰。5. 权利要求1~4所述加密与隐藏的方法在认证或者签名技术中的应用。【专利摘要】本专利技术提供了一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法及应用，通过将明文信息编码成DNA序列，再采用加密算法对其进行预处理，生成一条伪DNA片段；然后，使用限制性内切酶和连接酶将伪DNA片段和标记基因片段连接到DNA质粒载体上，并将所得的重组质粒进一步隐藏到细菌体内；最后，将含有机密信息的细胞隐藏到大量无关的伪装细胞中，通过选择性培养筛选出所隐藏的细胞。本专利技术加密与隐藏的方法在认证或者签名技术中的应用。本专利技术实现机密信息的加密、隐藏与传递，增加了系统的破解难度。【IPC分类】H04L9-28, C12N15-70, C12N15-66【公开号】CN104734848【申请号】CN201510092501【专利技术人】张勋才, 崔光照, 牛莹, 陈青华, 宋文军, 王延峰, 吴艳敏, 王子成, 黄春, 姚莉娜, 韩琴琴, 崔钰涵 【申请人】郑州轻工业学院【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年3月2日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重组DNA技术对信息进行加密与隐藏的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将机密信息编码成碱基序列；(2)对编码后的碱基序列加密到载体DNA序列后得到伪装DNA序列；(3)利用重组DNA技术将伪装DNA序列重组到含有选择性抗性基因的DNA质粒载体；将重组后的DNA质粒载体转化受体细胞，并与无关的伪装细胞混合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张勋才，崔光照，牛莹，陈青华，宋文军，王延峰，吴艳敏，王子成，黄春，姚莉娜，韩琴琴，崔钰涵，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41