[发明专利]一种基于DNA折纸提供多重信息保护的安全通信方法

说明书

本发明提供一种基于DNA折纸提供多重信息保护的安全通信方法，包括：S1：发送方将明文信息加密为连续的若干点阵图案，生成图案密文；S2：发送方将所述图案密文依次加密为杂交若干修饰特定基团的DNA链的DNA骨架链，生成DNA折纸密文；S3：发送方将所述DNA折纸密文传递给接收方后，接收方通过DNA折纸加密的密钥生成对应的DNA订书链，将DNA骨架链折叠形成DNA折纸；以及S4：接收方向步骤S3中获得的DNA折纸中加入特异性基团识别特定基团图案，通过密钥将该图案解密为明文信息。本发明提供了一种既能够规避来自计算机迅速发展的运算能力的风险，同时自身又具有极强的隐蔽性以及巨大的密钥空间的安全通信方法。

技术领域

本发明涉及纳米技术以及密码学领域，具体涉及一种基于DNA折纸提供 多重信息保护的安全通信方法。

背景技术

密码学的发展伴随人类文明的历史，一直以来在军事以及商业等领域扮 演着重要的角色，凝聚着不同时代不同民族的智慧。历史上著名的密码体系 包括古罗马时期的凯撒密码以及16世纪的维吉尼亚密码等。二战时期德军的 Enigma机器代表着机械时代密码技术的一次高峰，而直到20世纪70年代后 期，随着电子计算机技术的不断发展，数据库加密标准(Data Encryption Standard,DES)以及RSA(Rivest-Shamir-Adleman)公钥加密算法等相继问世， 真正意义上的现代密码学才建立起来。现代密码学拥有系统的理论基础，使 密码学真正从技术成为一门科学，这很大程度上得益于电子计算机的普及与 进步，但与此同时，电子计算机不断膨胀的运算能力也给现行的加密标准带 来了严峻的挑战。这是因为即使理论上较为完善的加密算法(如RSA)，也面 临暴力破解(一种遍历整个密钥空间的破解方法)的威胁。早期较为经典的 DES(密钥长度56位)已经被放弃，取而代之的是拥有128/192/256位密钥 的高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)，随着电子计算机运 算能力的不断提升，AES也在经受严峻的考验。而在公钥加密算法中，代表 性的RSA算法密钥已经升级到2048位，椭圆曲线密码学(Elliptic Curve Cryptography,ECC)算法密钥也已经升级到224位，未来这一数字还将不断 增加。而随着未来量子计算机等新型计算机的出现，基于字符串运算的现代 密码学或将面临前所未有的考验。

在这种情况下，新的信息加密方法不断被提出。很多方法基于化学或者 生物化学方法进行加密，以特殊的反应物作为密钥，通过化学或者生物化学 反应来实现表达信息，但该方式所依赖的化学或者生物化学反应多过于简单， 无法承载多种形式、高通量的信息传递。还有一类方法利用化学或生物化学 反应，采用隐写术的思路传递信息，这一类方法的安全性无法得到保障，容 易被敌人识破。目前最有潜力的包括量子加密和生物信息加密等。量子加密 基于量子力学中的测不准原理保证信息在传递过程中不被窃取，具有物理学意义上的严格安全性，但在技术上尚未完全成熟，而且需要高昂的人力物力 投入；生物信息加密指利用身体特征如指纹、视网膜、DNA等进行加密的方 法，目前已经在移动设备解锁等领域得到初步应用，但主要是发挥身份验证 的功能，由于身体特征的公开性等因素尚未能作为安全通信的手段使用。

DNA纳米技术是20世纪90年代由美国纽约大学的Nadrain Seeman教授 提出的一种构建纳米结构的方法，即通过设计DNA的序列，使不同DNA链 通过自组装的方式形成可控的DNA纳米结构。2006年美国加州理工学院的 Paul Rothemund进一步丰富DNA纳米技术的内涵，提出采用一条长链DNA 作为骨架链，数百条短链作为订书链，通过短链与长链的杂交将长链折叠成 可控的形状。由于长链普遍较长(可达到数千至上万碱基)，DNA折纸可以 构建尺寸在100nm以上的较大纳米结构。同时每条DNA短链都可以在结构 中精确地定位，使该结构具有极佳的表面可寻址性，因此可作为信息的优良 载体。上世纪90年代曾有人对DNA序列进行编码实现信息的安全通信，而 DNA纳米技术将这种一维的序列的安全性拓展到二维甚至三维上的DNA折 叠的安全性，大大提升了利用DNA进行安全通信的可靠度。

发明内容