本發明專利技術公開了一種DNA信息存儲的高級數據加密保護技術，本發明專利技術的具體技術方案包括：通過編碼和加密方案，將待加密數據編碼為信息小塊并轉碼為DNA序列，合成DNA序列后，通過隨機錯誤或斷裂引入干擾信息，有效提高了隨機組合干擾噪音的干擾強度；對攜帶加密信息DNA庫進行解密的方法包括，測序、片段組裝、信息小塊重建、重排序和解碼，最后基于糾刪編碼方案解碼原始信息。該技術在數據存儲和保護領域具有廣泛的應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物信息學和合成生物學領域，一種dna信息存儲的高級數據加密保護技術。
技術介紹
1、隨著數據存儲需求的不斷增長，傳統的電子存儲方式面臨著容量限制和安全性風險的挑戰。因此，尋找新的數據存儲和加密保護技術變得尤為重要。dna信息存儲作為一種新興的存儲技術，具有極高的密度和長期的數據保存能力，已經成為了研究的熱點之一。另一方面，dna存儲的特性使得它在安全性和隱私保護方面具有獨特的優勢。dna存儲的數據加密技術可以通過多種方式實現，以下是已有的策略和方法：
2、混合加密：這種方法把要加密的信息與大量的隨機dna序列混合在一起。這就像在一堆信息中隱藏真實的信息。首先，我們需要生成足夠多的隨機dna序列，然后把需要加密的信息編碼為dna序列，與隨機生成的序列混合。解密的時候，只有擁有正確密碼(這里可能是某種標記或識別序列)的人能從這些序列中找出真正的信息。
3、隱藏信息：這種方法是把信息隱藏在dna的某個特定區域，這個區域對解密者來說是已知的，但對其他人來說是未知的。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后把這段序列插入到一個較大的dna序列的特定位置。解密時，只有知道這個位置的人才能把加密的信息提取出來。
4、分子加密：這是通過對dna進行特定的生物化學反應(例如通過dna切割或基因編輯)來加密信息。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后對這段序列進行特定的生物化學反應。這種反應會改變dna序列的一部分，但不會改變其他部分。解密的時候，只有知道這個反應的人才能把加密的信息還原。</p>5、特定編碼策略：這是通過特定的編碼方式把信息編入dna。這可能涉及到特定的序列設計、特定的編碼規則等。解密的時候，只有知道這種編碼策略的人才能解讀出信息。
6、序列置換：這種方法是通過改變dna序列的順序，以實現信息的加密。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后對這個序列進行重新排序。解密的時候，只有知道原始序列的排序規則的人才能把序列重新排列，從而解密出信息。
7、點突變引入：在dna序列的特定位置引入點突變(改變單個堿基)，以實現信息的加密。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后在這個序列的特定位置引入點突變。解密的時候，只有知道哪些位置發生了突變的人才能把加密的信息還原。
8、多鏈加密：將信息分布在多條dna鏈上，以實現信息的加密。首先，我們需要把信息分割成多個部分，然后把每個部分編碼為一個獨立的dna序列。這些序列可以混合在一起，也可以分開存儲。解密的時候，需要把所有的序列都讀取出來，然后按照正確的順序組合在一起，才能解密出完整的信息。
9、配對鏈加密：利用dna的互補配對原理，通過設計特定的互補鏈來加密信息。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后根據這個序列設計一個互補鏈。這個互補鏈既可以作為加密的密碼，也可以作為信息的一部分。解密的時候，只有知道這個互補鏈的人才能解密出信息。
10、基于形狀的加密(dna折紙加密)：這種方法利用dna折紙技術，通過改變dna的三維結構來加密信息。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后根據這個序列設計一個特定的dna三維結構。這個結構可以作為加密的密碼，也可以作為信息的一部分。解密的時候，只有知道這個三維結構的人才能解密出信息。
11、基于位置的加密(dna芯片加密)：這種方法是在dna芯片的特定位置放置加密信息。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后把這個序列放置在dna芯片的特定位置。這個位置可以作為加密的密碼，也可以作為信息的一部分。解密的時候，只有知道這個位置的人才能解密出信息。
12、基于序列的加密(dna雜交加密)：這種方法是通過設計特定的互補序列來加密信息。首先，我們需要把信息編碼為dna序列，然后根據這個序列設計一個互補序列。這個互補序列既可以作為加密的密碼，也可以作為信息的一部分。解密的時候，只有知道這個互補序列的人才能解密出信息。
13、盡管現有的技術和策略各具特色和優勢，但也存在一些明顯的缺點和局限性。其中最大的一個問題是，這些策略未能充分利用和發揮dna作為信息存儲介質本身的特性，尤其是其獨特的包含隨機錯誤的多拷貝特性。在dna信息存儲的全流程中，對于每個信息單元，總是有多個對應的包含隨機堿基錯誤的拷貝存在。現有的加密策略并未針對這一特性進行設計或者處理。一些方案試圖通過使用dna分子的不同拷貝來形成干擾，增加解密過程的困難。但這些方案通常只能引入少量的堿基差異，這些堿基差異很容易被攻擊者識別，進行展開針對性的堿基差異剔除和破解攻擊。另外，這些策略缺乏有效處理隨機堿基錯誤的手段，或者忽視這些信息拷貝在加強信息安全性和可靠性方面的潛力。例如，在大規模數據的存儲和讀取過程中，復制的錯誤可能會累積，導致數據丟失。例如，對于混合加密、隱藏信息、特定編碼策略、序列置換等策略，如果沒有正確處理dna復制過程中產生的隨機錯誤，那么加密的信息可能會被損壞。同樣，在基于形狀的加密(dna折紙加密)和基于位置的加密(dna芯片加密)中，任何的復制錯誤都可能導致加密的信息變得無法識別或者被誤解。對于點突變引入和多鏈加密等策略，雖然它們在某種程度上可以處理復制錯誤的問題，但仍然存在其他的問題。例如，在大規模數據的存儲和讀取過程中，復制的錯誤可能會累積，導致大量的數據損失。另外，對于多鏈加密策略，雖然可以通過比較不同鏈的序列來檢測和糾正錯誤，但這需要大量的計算資源，并且不能保證在所有情況下都能成功。
14、為了克服現有基于dna的加密方法存在的各種局限性，本專利技術技術充分挖掘利用dna信息存儲的復雜多分子拷貝特性，以極大地提升加密信息的防護力度。本專利技術通過隨機錯誤以及隨機dna片段的斷裂步驟的引入，有效提高了隨機組合干擾噪音的干擾強度。并通過創新設計的加密編解碼系統，高效地應對大量隨機組合干擾噪音對加密信息的影響。另外，本技術專利技術通過分塊單獨加密的設計和噴泉碼編碼的方案，任意小塊數據的解密失敗，均會造成整個信息的解密失敗，進一步增強了加密信息的安全性。對于持有密鑰的用戶，可以在密鑰信息的輔助下快速并精準地組裝出正確的dna片段，從而快速準確的解密數據。然而，對于那些企圖非法竊取信息的人來說，由于缺乏正確的密鑰，他們需要隨機對每個相似的信息拷貝進行暴力破解。這將浪費大量的破解計算能力在錯誤的信息拷貝上。而且，任何一個小塊信息由于采用了錯誤信息拷貝導致解密過程不正確，將會導致整個信息的解碼失敗，從而形成了對加密信息的強力保護。另外，由于dna組裝算法的引入，本專利技術技術能夠高效處理dna降解問題，支持加密存儲信息的長期可靠性。
15、總的來說，該專利技術的優勢體現在提高數據的安全性，大大增加破解的復雜性，以及提供了長期的數據穩定性。以及相對于某些依賴復雜計算的dna加密方法，本方案所需的計算量較低，提高了加密和解密的效率。這些特性使得本專利技術更能滿足高效、安全的dna信息加密保護需求。
技術實現思路
1、本專利技術本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種DNA存儲信息的加密方法，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的DNA存儲信息的加密方法，其中
3.如權利要求1所述的DNA存儲信息的加密方法，其中，
4.如權利要求1所述的DNA存儲信息的加密方法，其中，
5.如權利要求1所述的DNA存儲信息的加密方法，其中，
6.如權利要求1所述的DNA存儲信息的加密方法，其中，
7.如權利要求1-6任一項所述的DNA存儲信息的加密方法得到的攜帶加密信息的DNA庫。
8.對權利要求7所述攜帶加密信息的DNA庫進行解密的方法：
9.計算機模塊，其運行權利要求1-7任一項的方法，或權利要求8的方法，或上述方法的組合。
【技術特征摘要】
1.一種dna存儲信息的加密方法，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的dna存儲信息的加密方法，其中
3.如權利要求1所述的dna存儲信息的加密方法，其中，
4.如權利要求1所述的dna存儲信息的加密方法，其中，
5.如權利要求1所述的dna存儲信息的加密方法，其中，
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋理富，孫際賓，王蓉幸，雷雨，顧芮萌，
申請(專利權)人：中國科學院天津工業生物技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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