专利名称：用dna芯片实现的非对称密码系统方法
技术领域：
本发明属于信息安全领域，具体来说，是利用DNA芯片技术和DNA杂交特性实现了一种非对称密码系统的加密和签名方法，可用于信息安全领域的加密和签名。
背景技术：
密码系统是信息安全的核心，由于密码分析者在密码分析方面不断的获得突破，密码编码学家总是在寻找更安全、更方便的密码系统。现在使用的密码系统基本都是数学的密码系统，科学家们也在试图寻找其它类型的密码系统，比如量子密码和DNA密码。
密码系统分为对称密钥系统和非对称密钥系统。对称密钥系统是指加密密钥和解密密钥是同一个，或者容易从一个密钥推导出另一个密钥的密码系统。非对称密钥系统是指加密和解密分别使用不同的密钥，而且从一个难以推导出另一个的密码系统。
最近十几年来，由于重组DNA技术的发展，使得人们有可能把DNA用于信息领域。自从1994年，美国著名科学家Adleman提出了DNA计算以来(参见Adleman等，Science，2661021，1994)，DNA计算已经取得了飞速的发展。作为相关的技术，DNA密码也开始引起了国际上的关注。1999年，美国著名科学家Bancroft等提出了利用DNA来实现信息隐藏(参见Bancroft等，Nature，399533-534，1999)，并申请了相应的专利(参见美国专利6,312,911号，专利名称为基于DNA的信息隐藏，公布于2001年十一月六日)。
DNA芯片又称为基因芯片(gene chips)、寡核苷酸芯片(oligo-chips)或生物芯片(bio-chips)，是指将大量DNA探针固定在固相物体如玻璃等的表面上(参见Stephen Fodor等，Science，251767，1991，及PatrickO.Brown等，Science.270467，1995)，然后将荧光标记的DNA或cDNA样品在芯片上与探针杂交，经激光共聚焦显微镜扫描，以计算机系统对荧光信号做出比较和检测，从而迅速得出所需要的信号。同常规技术相比，DNA芯片具有满足快速和大量分析等优点，现在正成为关注的焦点。
本发明结合了现代密码学技术和现代生物学技术，实现了一种新的用DNA芯片实现的非对称密码系统加密和签名方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用DNA芯片实现的非对称密码系统方法，使用本发明可以实现加密和签名。
对于用本发明所述方法进行加密，其特征是a.产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；b.把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥；c.把加密密钥分别传送给发送方，解密密钥由接收方保存；d.发送方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；e.把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；f.接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m；
对于用本发明所述方法进行数据签名，其特征为a.产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；b.把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用；c.签名密钥由签名方保存，验证密钥传送给验证方；d.签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；e.把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的签名验证方；f.签名验证方人收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，检查消息m，如果是一个合理的消息，则验证签名有效，否则验证签名无效；本发明利用DNA芯片实现了一种非对称密码系统的加密和数据签名方法，有以下几点效果1.本发明利用DNA芯片实现了一种安全的加密和数据签名方法。
2.本发明的安全性不依赖于计算安全性，具有强大计算能力的人无法用穷举搜索的方法攻击本发明。
3.本发明与使用DNA序列实现的密码系统相比，具有加解密速度快，对设备条件要求低的特点。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施步骤叙述于后本发明的加密方法具体实施工艺步骤如下(一)生成加密和解密密钥。产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个合理的杂交信号标准S1，S2，…，Sn，把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥。
(二)密钥分配。把加密密钥分别传送给发送方，解密密钥由接收方保存。
(三)加密。加密方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位。
(四)传送密文。把DNA芯片通过普通的途径(比如邮递)传送给指定的接收方。
(五)解密。接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m。
本发明的签名方法具体实施步骤叙述如下(一)生成签名和验证密钥。产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个合理的杂交信号标准S1，S2，…，Sn，把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用。
(二)密钥分配。签名密钥由签名方保存，把验证密钥途径传送给验证方。
(三)签名。签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位。
(四)传送签名。把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的签名验证方。
(五)验证签名。签名验证方收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，检查消息m，如果是一个合理的消息，则验证签名有效，否则验证签名无效。
权利要求
1.用DNA进行加密的方法，包括步骤产生一种DNA汤混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为加密密钥，把DNA汤混合物作为解密密钥；把加密密钥传送给发送方，解密密钥由接方保存；发送方把需要加密的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从加密密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；接收方收到芯片后，用解密密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m；
2.权利要求1中所用的探针可以是来自于自然界的，也可以是来自于人工合成的。
3.权利要求1中的探针可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白质，只要可以和核酸进行可重复的可靠的杂交的生物大分子就可以。
4.权利要求1中的加密密钥可以分成不同的多份，由不同的人分别使用，对要加密的消息进行加密。
5.用DNA进行签名的方法，其步骤包括产生多种DNA探针混合物和一些纯化的DNA探针，把DNA探针制作成DNA芯片，把这种混合物用染料作标记后和芯片在任意合理的杂交条件U下杂交，然后分析杂交信号，设定n个杂交信号标准S1，S2，…，Sn；把芯片上杂交信号满足S1，S2，…，Sn的探针分别挑选出来，作为签名密钥，把这几种DNA汤混合物分别作为不同的验证密钥使用；把验证密钥传送给验证方；签名密钥由签名方保存；签名方把需要签名的消息比如m编码成n进制数据，制作DNA芯片，芯片上用从签名密钥中挑选出的满足S1，S2，…，Sn条件的探针分别表示n进制编码中的1，2，…，n位；把DNA芯片通过普通的途径传送给指定的接收方；验证方收到芯片后，用验证密钥和芯片在条件U下进行杂交，分析杂交信号，还原成n进制数据，恢复出消息m，验证签名是否有效；
6.权利要求5中所用的探针可以是来自于自然界的，也可以是来自于人工合成的。
7.权利要求5中的探针可以是DNA，也可以是cDNA、RNA、PNA，甚至可以是蛋白质，只要可以和核酸进行可重复的可靠的杂交的生物大分子就可以。
8.权利要求5中的验证密钥分成多份，由不同的人分别使用，验证签名者的签名。
全文摘要
本发明是一种用DNA芯片实现的新型密码学加密和签名方法。本发明中加密方法包括选择探针作为加密密钥的方法、选择探针作为解密密钥的方法、用加密密钥加密的方法、用解密密钥解密的方法。本发明中签名的方法包括选择探针作为签名密钥的方法、选择探针作为验证密钥的方法、用签名密钥签名的方法、用验证密钥验证的方法。通过本发明，可以实现不依赖于计算安全性的加密和签名方法，并且，因为本发明使用DNA芯片实现，同已有的DNA密码方法相比具有实现容易，加解密运算速度快的特点。
文档编号H04L9/14GK1790983SQ20041007340
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者卢明欣, 来学嘉, 秦磊, 肖国镇 申请人:卢明欣, 来学嘉, 秦磊, 肖国镇