DNA计算中的信息安全技术

DNA计算是一种模拟生物分子的结构并借助于分子生物技术进行计算的新模式。它引入了崭新的数据结构和计算方法,为解决NP完全问题提供了全新的途径。由于DNA计算具有信息处理的高并行性、低能耗及高存储密度等优点,对传统的基于计算安全的密码体系提出了挑战。DNA密码便是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。用DNA分子作为信息载体,以实现数据隐藏、认证、加密等安全技术。在简要回顾DNA计算原理的基础上,详细分析了基于DNA的一次一密方案以及Boneh用DNA计算机破解DES的方法;最后探讨在DNA计算中的信息安全技术。     

DNA计算与信息安全

DNA计算和量子计算是当今两个热门的非传统计算研究领域，DNA计算提供分子级的并行处理能力，引入了崭新的数据结构和计算方法，对传统的信息安全提出了挑战，并显现出在密码学、隐写术等领域中独特的应用前景。究竟DNA计算技术将对信息安全领域带来怎样的冲击和影响本文将作探讨。     

DNA逻辑计算模型的研究现状与展望

DNA计算因其优异的计算能力已经成为当前研究热点,DNA逻辑计算模型是DNA计算体系与运算实现的重要依托。按应用技术将现有DNA逻辑计算模型进行分类：基于链置换的DNA逻辑计算模型、基于核酶的DNA逻辑计算模型、基于G-quadruplex的DNA逻辑计算模型、基于DNA自组装的逻辑计算模型、基于其他分子技术和分子材料的DNA逻辑计算模型。首先阐述了DNA逻辑计算的研究背景和研究目的以及现阶段在生物分子检测、疾病诊断、多因素分析和生物成像等领域的应用并简述其相关概念;然后梳理各DNA逻辑计算模型的研究历史和现状,分析各类逻辑计算模型所应用的分子操控技术和分子材料以及优缺点和应用前景;最后归纳总结DNA逻辑计算领域当前研究热点和发展前景,为未来提出全新的计算方式奠定基础,为信息、医疗等领域提供更好的服务。     

基于DNA自组装的EIGamal系统破译

自组装DNA计算在破译密码系统方面,具有传统计算机无法比拟的优势。采用DNA分子瓦编码信息,借助于分子瓦之间的粘性末端进行自组装,通过引入非确定性的指派型分子瓦,提出了用自组装DNA计算破译EIGamal公钥密码系统的非确定性算法。通过创建数以亿计的参与计算的DNA分子瓦,该算法可以并行地以高概率地破译EIGamal公钥密码系统。     

基于DNA密码的一次一密加密算法

作为不可破译的密码,一次一密密码是信息安全领域的一个重要研究课题,但密钥生成、存储和分配时存在较大困难,使得一次一密密码很难实现。以生物分子为基础的DNA计算,因其巨大的信息存储能力和高度的并行计算能力,可用于一次一密密码。非特异性杂交反应严重影响了加密过程和解密过程,通过PCR实现密钥分配,通过电子计算机实现异或运算,有效消除了非特异性杂交反应对加密结果和解密结果的影响。     

基于粗糙集的古典密码模型

针对传统古典密码虽然具备简洁高效的特性,但其在当前社会计算能力下极易被破解这一问题,提出一种利用粗糙集方法设计古典密码模型的算法。在该模型的构造中,首先充分融入粗糙集的确定性中蕴含着不确定性以及近似空间规模会随论域微增而急剧增大的特点,来弱化模型的统计规律;其次,借助混合同余法来提升模型产生随机序列的能力;最后,结合自定义运算和同余方法特性来让部分明文信息参与到加密过程中,进一步增强模型抗攻击的能力。研究分析表明,该模型不仅在时间和空间复杂度上与传统古典密码处于同一级别,而且具备了近乎理想的扩散与混淆性能,完全弥补了古典密码容易被破解的缺陷,能有效抵御穷举法和统计分析法的攻击。     

基于DNA计算的RSA密码系统攻击方法

针对RSA公钥密码体制的陷门库特点,提出一种新的DNA计算模型：并类计算模型,阐述基于该模型的RSA密码系统的攻击方法。该方法采用DNA分子编码陷门库与公钥,通过组合、设置、分离、清除等操作筛选出陷门,由电泳确定陷门的值,再用陷门计算私钥的值。该方法所需的时间复杂度为O(1bn)3,DNA分子的体积不超过1 m3。     

利用脱氧核酶调控基因表达的DNA计算模型研究(英文)

用于逻辑调控基因表达分子自动机的研究是DNA计算的重要研究领域．文中将脱氧核酶技术应用于DNA计算研究当中,利用脱氧核酶的特性,特别是可以作为反义药物的特点,作为构建分子自动机的主要材料,设计了调控基因H—ras表达的DNA计算模型,而且模型也可适用于其它过表达基因的调控．结合DNA计算具备的高度并行性和智能性的优点,该模型为DNA计算在基因表达调控方面的应用做了进一步探索．     

并行型Ramsey数DNA计算模型

求解Ramsey数的困难在于需要搜索的解空间太大,而传统的电子计算机无法在有效的时间和存储空间上进行求解.由于DNA计算具有巨大的并行性和高密度存储能力等优点,文中研究了Ramsey数的DNA计算模型.针对传统的Ramsey数DNA计算模型存在的DNA序列量过多和序列过长的不足,利用DNA分子的特性以及生物操作将非解尽可能较早地消除,提出了并行型Ramsey数DNA计算模型,并以R(3,10)为例,给出了具体的求解步骤.     

高效安全的无证书密钥协商方案*

在网络信息安全领域,服务器与客户机之间的密钥协商显得非常必要。无证书公钥密码是为了克服基于身份密码的密钥托管性质提出来的,它结合了传统公钥证书密码体系和基于身份的公钥体系的优点。应用椭圆曲线的配对运算,提出了一个两方的无证书密钥协商协议,其中每一方只需计算一个配对,并证明了它在ECK模型下的安全性。与其他无证书密钥协商协议相比,安全性和效率都更好。     

新量子技术时代下的信息安全

量子技术将在未来深刻影响密码学以及信息安全行业。可以利用上千个量子比特运行量子算法的通用量子计算机将直接威胁信息安全基础算法,导致当前广泛使用的RSA等公钥密码被破解,也会使分组密码算法的密码强度减半。量子通信中量子密钥分发的实施会改变传统保密通信的物理结构。这些重大 应用价值也是发展量子技术的驱动力。结合当前一些关于量子技术的热点新闻,从量子计算和量子通信两个方面分别综述了量子技术对信息安全技术的影响。同时简要介绍了这些技术的最新发展现状,包括通用型和专用型量子计算机的发展、量子密钥分发技术实验室环境的进展以及天地一体化量子通信网络的发展状况等。最后对信息安全技术的未来形态做了思考和总结。未来量子技术将会与现有各种技术深度融合,共同存在。     

基于DNA计算的分子下推自动机(英文)

DNA分子计算的工作原理是对生物系统进行编码,以生物化学反应为基础,利用生物技术实现生物系统的状态转移来推进计算过程．2001年以色列的Yaakov Benenson等人在基于DNA计算的发卡模型实现了具有状态转移功能的分子有限状态自动机,国内则有利用DNA计算的方法构造可编程分子下推存储器的相关研究．该存储器基于分子自动机的原理,能按一定逻辑进行自组装,是一种纳米尺度的生物存储机构．文中首先通过在分子有限自动机上扩展一个分子下推存储器从而获得了一种简单的分子下推自动机,并基于该下推自动机提出了一类语言的分子自动机解法．接着提出了两种改进的分子下推自动机的模型,通过增加模型复杂度,分别解决了基本型分子下推自动机存在输人字符串限制和输入分子形式不统一的问题．计算理论表明,该种下推自动机的计算能力超过了已有的有限自动机．     

一种新的求解最小生成树问题的DNA算法

基于生化反应的生物智能计算是现阶段计算领域研究的热点,DNA计算是通过DNA分子之间的生化反应来进行计算的一种计算模式,凭借运算巨大的并行性和海量存储的优势,DNA计算在解决复杂运算问题方面的计算能力显而易见。设计了一种利用DNA计算来求解图的最小生成树的计算模型,采用一种特殊的编码方式来对顶点,边和权值进行编码,并且描述了MSTP解的计算过程。     

神经密码协议模型研究

利用离散的神经网络模型构建密码协议是信息安全领域一项新的研究内容.首先介绍了一个基于神经网络的树型奇偶机模型,在综述基于树型奇偶机的神经密码协议研究基础上,分析了神经密码协议的权值同步方案存在模型稳定性和同步判定安全性问题,分别提出在激活函数中增加阈值和利用hash函数判定同步权值的改进方法,并利用方差分析和统计实验给出仿真结果,证实了神经密码协议的可行性,最后讨论了协议模型的安全攻击问题.     

信息安全中的DNA编码技术

DNA计算是一种模拟生物分子的结构并借助于分子生物技术进行计算的新模式。它引入了崭新的数据结构和计算方法,为解决NP完全问题提供了全新的途径。用DNA分子作为信息载体,以实现数据隐藏、认证、加密等安全技术。本文借鉴生物DNA的表达方式,定义了用户DNA、文件DNA的串结构,从而提高系统中信息安全控制的可靠性。     

DNA计算与DNA密码

DNA计算作为一种新型计算模式,目前在理论和实践方面取得了若干初步成就。得益于DNA计算,密码学新领域——DNA密码也得到一定发展。DNA密码的安全性可以不依赖于计算困难问题,并且能够充分利用DNA分子所具有的超高存储密度、超低的能量消耗以及超大规模并行计算潜力。本文介绍了DNA计算的基本原理,DNA密码的基本特征,给出DNA计算和DNA密码的实例,并简要分析目前存在的问题及未来的展望。     

混合密码技术在网络安全传输模型设计中的应用

密码技术是确保信息安全的基础性关键技术,加强密码技术的发展创新和研究具有重要的实用价值和理论意义。混合密码算法将非对称密码和对称密码结合在一起,既满足信息保密要求,又确保了信息完整性和不可抵赖性,具有较高的强度和较快的速度。本文通过利用AES与ECC混合密码构建的混合密码层,设计出一种网络安全传输模型,并分析了混合密码层在模型中的工作流程。     

基于博弈论的网络空间安全若干问题分析

信息安全经济学是信息安全的一个重要研究领域,博弈论是研究信息安全经济学的主要基础理论和工具之一。基于博弈论对网络空间安全的主要问题进行了分析,其中包括网络攻防、密码协议设计和安全技术配置。对于网络安全攻防,重点分析了攻防双方的对抗状况和防守方之间的互相依赖;对于密码协议设计,重点分析了博弈论在秘密共享和安全多方计算当中的应用;对于安全技术配置,重点分析了博弈论在入侵检测系统和防火墙技术中的应用。最后指出了当前研究存在的不足和信息安全经济学未来的研究方向。     

基于DNA技术的加密方案

DNA密码是伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。利用DNA合成技术、PCR扩增技术以及DNA数字编码技术,结合传统密码学提出了一种基于DNA技术的加密方案。方案利用引物对于PCR扩增技术的特殊作用,提出要以引物和编码方式为密钥,采用传统的加密方法对明文进行加密预处理,可有效防止可能词作为PCR引物进行攻击。生物学困难问题和密码学计算困难问题为该方案提供了双重的安全保障,安全性分析表明该加密方案具有很强的保密强度。     

有向哈密尔顿路问题的研究

DNA计算是在分子水平上进行的计算,与传统的基于电子计算机的线性计算系统相比较,具有如可并发计算、耗能量小等无法比拟的特点。目前的研究主要集中在一些特定问题上,如NP完全问题,而这些问题在电子计算机上需要指数时间。本文利用已有的Adleman实验[1]解决有向图哈密尔顿路问题,给出了剪贴计算模型的形式化模型,并从算法复杂性角度分析其复杂性。