[发明专利]一种基于DNA纳米技术的信息加密方法

说明书

本发明提出了一种基于DNA纳米技术的信息加密方法，利用折纸术形成带有设计图案的结构作为明文，该结构上带有设计的图案；加入密钥单链，使设计的图案消失，完成信息的隐藏，形成不带标记信息的方形折纸，在写入的同时也就对标记信息位置进行了加密处理，可以通过AFM对加密存储的结果进行可视化观察。同时，本发明还包括相应的信息恢复方法，加入密钥单链恢复明文，实现信息恢复解密。本发明采用DNA折纸术与链置换技术结合，把DNA链本身作为信息存储的载体，通过在方形折纸上对图形的形成与分解实现分子级别信息的加密存储与恢复。本发明对信息加密存储与恢复具有可行性与有效性，为推动纳米级生物信息存储技术发展提供实验基础。

技术领域

本发明涉及信息加密的技术领域，尤其涉及一种基于DNA纳米技术的信息加密方法。

背景技术

DNA分子是结构精巧、具有超强组装能力的一维纳米线，其良好的可操作性与强大的识别和信号转换能力对于结构的构造和组成具有天然的优势，所以自seeman教授提出DNA纳米技术的概念以来，构建DNA纳米结构的研究就得到了迅速的发展，并尝试对DNA纳米结构进行应用和控制。例如，能够直接利用分子、原子来制造具有特定功能的纳米材料，也可以将DNA纳米材料与其它纳米材料结合起来，使人们能够向着更精细和更高效的方向创造新材料，为生命科学、材料科学、环境科学等领域带来前所未有的推动作用，并且已经取得了一定的成果。

随着DAN纳米技术的进一步发展，对DNA纳米结构的功能性应用提出了越来越高的要求。例如，现在科学家们用DNA分子来制造各种各样对称和不对称、静止和运动的纳米物件。从最简单的十字形到复杂的地图以及扭曲的三维形状，从简单的“分子开关”到可以行走的“分子机器人”，许多新的成果都给予了新的启迪与应用。主要反映对于DNA传感器、DNA芯片、DNA计算机以及DNA分子机器等的研制和开发，以及对于工业产业中的实际应用。

再者，由于DNA具有的超大规模并行性、超高容量的存储密度以及超低的能量消耗等优点，被用于分子计算、数据储存以及信息安全等领域，这些研究可能导致新型计算机、新型数据存储器和新型密码系统的诞生，并引发一场新的信息革命。由于信息存储的发展一直是提高存储密度和提高数据传输率的重要途径，而DNA的特性决定了DNA在信息存储研究中的应用越来越广泛和重要，其中构建DNA纳米存储器是其中的重要应用之一。DNA纳米存储器是以DNA分子为存储介质，将信息编码为DNA分子，采用生化实验使DNA分子与各种生化酶进行生化反应或者与特定的DNA链反应，实现DNA分子的杂交、分离等操作，来模拟存储器的数据读取和写入操作。理想中的纳米存储器件应该具有微型、定址、高集成和高兼容特性。纳米存储器件的关键是研究出简单、实用的制备纳米尺寸器件的方法，以及相应的储存机理，这也是科学家们一直努力的方向之一。2003，Kashiwamura年构建了一个具有高存储密度和高特异性杂交的小型DAN存储器，进一步于2005年证实了该存储模型具有高精度的可控性，并进行了大规模的计算机仿真。Takahashi利用发夹结构构建了4位的DNA、RAM；作为DNA计算的一部分，被成功应用于解决最大独立集问题。这为DNA纳米技术在信息存储方面的应用奠定了基础。随着分子信息存储的进一步研究，分子信息的加密存储和恢复为信息安全提供了新的途径。纳米技术是构建纳米材料的基础，也是信息得以在纳米尺度加密存储的基础。实现分子级别的信息加密与解密是目前的研究热点，而DNA纳米技术的迅速发展为此项研究带来了发展契机，也为构建新型信息存储系统提供了新方法。

对于存储技术来说，存储材料和存储系统是非常重要的两方面，而要使DNA纳米技术与其结合，还有许多理论和技术需要解决，其中一些重要问题就是作为数据载体材料的DNA分子的存取速度，发生链置换反应的时间、可靠性、通用的可编程生物存储方法的实现等问题，都亟待解决和研究。

发明内容

本发明提出一种基于DNA纳米技术的信息加密方法，结合DNA折纸术、生化实验、链置换来实现分子级别信息的加密存储、表达和恢复，是DNA纳米技术与信息存储技术的结合应用。