專利名稱：用dna芯片實現(xiàn)的非對稱密碼系統(tǒng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全領(lǐng)域，具體來說，是利用DNA芯片技術(shù)和DNA雜交特性實現(xiàn)了一種非對稱密碼系統(tǒng)的加密和簽名方法，可用于信息安全領(lǐng)域的加密和簽名。
背景技術(shù)：
密碼系統(tǒng)是信息安全的核心，由于密碼分析者在密碼分析方面不斷的獲得突破，密碼編碼學家總是在尋找更安全、更方便的密碼系統(tǒng)?，F(xiàn)在使用的密碼系統(tǒng)基本都是數(shù)學的密碼系統(tǒng)，科學家們也在試圖尋找其它類型的密碼系統(tǒng)，比如量子密碼和DNA密碼。
密碼系統(tǒng)分為對稱密鑰系統(tǒng)和非對稱密鑰系統(tǒng)。對稱密鑰系統(tǒng)是指加密密鑰和解密密鑰是同一個，或者容易從一個密鑰推導(dǎo)出另一個密鑰的密碼系統(tǒng)。非對稱密鑰系統(tǒng)是指加密和解密分別使用不同的密鑰，而且從一個難以推導(dǎo)出另一個的密碼系統(tǒng)。
最近十幾年來，由于重組DNA技術(shù)的發(fā)展，使得人們有可能把DNA用于信息領(lǐng)域。自從1994年，美國著名科學家Adleman提出了DNA計算以來(參見Adleman等，Science，2661021，1994)，DNA計算已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展。作為相關(guān)的技術(shù)，DNA密碼也開始引起了國際上的關(guān)注。1999年，美國著名科學家Bancroft等提出了利用DNA來實現(xiàn)信息隱藏(參見Bancroft等，Nature，399533-534，1999)，并申請了相應(yīng)的專利(參見美國專利6,312,911號，專利名稱為基于DNA的信息隱藏，公布于2001年十一月六日)。
DNA芯片又稱為基因芯片(gene chips)、寡核苷酸芯片(oligo-chips)或生物芯片(bio-chips)，是指將大量DNA探針固定在固相物體如玻璃等的表面上(參見Stephen Fodor等，Science，251767，1991，及PatrickO.Brown等，Science.270467，1995)，然后將熒光標記的DNA或cDNA樣品在芯片上與探針雜交，經(jīng)激光共聚焦顯微鏡掃描，以計算機系統(tǒng)對熒光信號做出比較和檢測，從而迅速得出所需要的信號。同常規(guī)技術(shù)相比，DNA芯片具有滿足快速和大量分析等優(yōu)點，現(xiàn)在正成為關(guān)注的焦點。
本發(fā)明結(jié)合了現(xiàn)代密碼學技術(shù)和現(xiàn)代生物學技術(shù)，實現(xiàn)了一種新的用DNA芯片實現(xiàn)的非對稱密碼系統(tǒng)加密和簽名方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用DNA芯片實現(xiàn)的非對稱密碼系統(tǒng)方法，使用本發(fā)明可以實現(xiàn)加密和簽名。
對于用本發(fā)明所述方法進行加密，其特征是a.產(chǎn)生一種DNA湯混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個雜交信號標準S1，S2，…，Sn；b.把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為加密密鑰，把DNA湯混合物作為解密密鑰；c.把加密密鑰分別傳送給發(fā)送方，解密密鑰由接收方保存；d.發(fā)送方把需要加密的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從加密密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位；e.把DNA芯片通過普通的途徑傳送給指定的接收方；f.接收方收到芯片后，用解密密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m；
對于用本發(fā)明所述方法進行數(shù)據(jù)簽名，其特征為a.產(chǎn)生多種DNA探針混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個雜交信號標準S1，S2，…，Sn；b.把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為簽名密鑰，把這幾種DNA湯混合物分別作為不同的驗證密鑰使用；c.簽名密鑰由簽名方保存，驗證密鑰傳送給驗證方；d.簽名方把需要簽名的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從簽名密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位；e.把DNA芯片通過普通的途徑傳送給指定的簽名驗證方；f.簽名驗證方人收到芯片后，用驗證密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m，檢查消息m，如果是一個合理的消息，則驗證簽名有效，否則驗證簽名無效；本發(fā)明利用DNA芯片實現(xiàn)了一種非對稱密碼系統(tǒng)的加密和數(shù)據(jù)簽名方法，有以下幾點效果1.本發(fā)明利用DNA芯片實現(xiàn)了一種安全的加密和數(shù)據(jù)簽名方法。
2.本發(fā)明的安全性不依賴于計算安全性，具有強大計算能力的人無法用窮舉搜索的方法攻擊本發(fā)明。
3.本發(fā)明與使用DNA序列實現(xiàn)的密碼系統(tǒng)相比，具有加解密速度快，對設(shè)備條件要求低的特點。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施步驟敘述于后本發(fā)明的加密方法具體實施工藝步驟如下(一)生成加密和解密密鑰。產(chǎn)生一種DNA湯混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個合理的雜交信號標準S1，S2，…，Sn，把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為加密密鑰，把DNA湯混合物作為解密密鑰。
(二)密鑰分配。把加密密鑰分別傳送給發(fā)送方，解密密鑰由接收方保存。
(三)加密。加密方把需要加密的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從加密密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位。
(四)傳送密文。把DNA芯片通過普通的途徑(比如郵遞)傳送給指定的接收方。
(五)解密。接收方收到芯片后，用解密密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m。
本發(fā)明的簽名方法具體實施步驟敘述如下(一)生成簽名和驗證密鑰。產(chǎn)生多種DNA探針混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個合理的雜交信號標準S1，S2，…，Sn，把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為簽名密鑰，把這幾種DNA湯混合物分別作為不同的驗證密鑰使用。
(二)密鑰分配。簽名密鑰由簽名方保存，把驗證密鑰途徑傳送給驗證方。
(三)簽名。簽名方把需要簽名的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從簽名密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位。
(四)傳送簽名。把DNA芯片通過普通的途徑傳送給指定的簽名驗證方。
(五)驗證簽名。簽名驗證方收到芯片后，用驗證密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m，檢查消息m，如果是一個合理的消息，則驗證簽名有效，否則驗證簽名無效。
權(quán)利要求
1.用DNA進行加密的方法，包括步驟產(chǎn)生一種DNA湯混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個雜交信號標準S1，S2，…，Sn；把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為加密密鑰，把DNA湯混合物作為解密密鑰；把加密密鑰傳送給發(fā)送方，解密密鑰由接方保存；發(fā)送方把需要加密的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從加密密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位；把DNA芯片通過普通的途徑傳送給指定的接收方；接收方收到芯片后，用解密密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m；
2.權(quán)利要求1中所用的探針可以是來自于自然界的，也可以是來自于人工合成的。
3.權(quán)利要求1中的探針可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白質(zhì)，只要可以和核酸進行可重復(fù)的可靠的雜交的生物大分子就可以。
4.權(quán)利要求1中的加密密鑰可以分成不同的多份，由不同的人分別使用，對要加密的消息進行加密。
5.用DNA進行簽名的方法，其步驟包括產(chǎn)生多種DNA探針混合物和一些純化的DNA探針，把DNA探針制作成DNA芯片，把這種混合物用染料作標記后和芯片在任意合理的雜交條件U下雜交，然后分析雜交信號，設(shè)定n個雜交信號標準S1，S2，…，Sn；把芯片上雜交信號滿足S1，S2，…，Sn的探針分別挑選出來，作為簽名密鑰，把這幾種DNA湯混合物分別作為不同的驗證密鑰使用；把驗證密鑰傳送給驗證方；簽名密鑰由簽名方保存；簽名方把需要簽名的消息比如m編碼成n進制數(shù)據(jù)，制作DNA芯片，芯片上用從簽名密鑰中挑選出的滿足S1，S2，…，Sn條件的探針分別表示n進制編碼中的1，2，…，n位；把DNA芯片通過普通的途徑傳送給指定的接收方；驗證方收到芯片后，用驗證密鑰和芯片在條件U下進行雜交，分析雜交信號，還原成n進制數(shù)據(jù)，恢復(fù)出消息m，驗證簽名是否有效；
6.權(quán)利要求5中所用的探針可以是來自于自然界的，也可以是來自于人工合成的。
7.權(quán)利要求5中的探針可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白質(zhì)，只要可以和核酸進行可重復(fù)的可靠的雜交的生物大分子就可以。
8.權(quán)利要求5中的驗證密鑰分成多份，由不同的人分別使用，驗證簽名者的簽名。
全文摘要
本發(fā)明是一種用DNA芯片實現(xiàn)的新型密碼學加密和簽名方法。本發(fā)明中加密方法包括選擇探針作為加密密鑰的方法、選擇探針作為解密密鑰的方法、用加密密鑰加密的方法、用解密密鑰解密的方法。本發(fā)明中簽名的方法包括選擇探針作為簽名密鑰的方法、選擇探針作為驗證密鑰的方法、用簽名密鑰簽名的方法、用驗證密鑰驗證的方法。通過本發(fā)明，可以實現(xiàn)不依賴于計算安全性的加密和簽名方法，并且，因為本發(fā)明使用DNA芯片實現(xiàn)，同已有的DNA密碼方法相比具有實現(xiàn)容易，加解密運算速度快的特點。
文檔編號H04L9/14GK1790983SQ20041007340
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者盧明欣, 來學嘉, 秦磊, 肖國鎮(zhèn) 申請人:盧明欣, 來學嘉, 秦磊, 肖國鎮(zhèn)