一種基于虛擬基因組的密碼系統的構造方法獲國家發明ZL

　　2月17日收悉，由中國科學院華南植物園曾紀晴、張明永等科研人員完成的“一種基于虛擬基因組的密碼系統(VGC)的構造方法”獲國家發明ZL授權(ZL號：ZL200910192218.0)。

　　密碼系統是信息安全的核心。傳統的密碼系統基本都是依賴于數學的密碼系統，也就是說它們只具有數學計算上的安全性。目前僅有所謂的一次一密的密碼系統具有理論上不可破譯的安全性。但是，一次一密的密碼系統由于存在密匙管理和分配問題，實際上難以應用。現在密碼學家們正在探索新的密碼系統，比如量子密碼和DNA密碼。由于DNA具有超大規模并行性、超低的能量消耗和超高密度的存儲容量，DNA現已被用于計算、數據儲存以及密碼學等領域。DNA密碼在理論和實踐上都遠沒有成熟，有效的DNA密碼系統并不多。現行的基于DNA的密碼系統都是直接把信息“寫入”DNA分子，使得這種編碼方式非常脆弱，而生物學操作都要經過DNA的合成、提取、克隆、PCR擴增、DNA測序、分子雜交等復雜過程，需要昂貴的實驗儀器，同時還費時費力，此外還存在DNA污染、PCR和測序有一定的出錯幾率等問題。DNA密碼系統所傳遞的DNA分子只能依賴物理運輸方式傳送，不能通過電線、光纖和無線信道傳輸，因而不能用于實時通信，只能用于在對實時性要求不高的密碼學應用領域。

　　該發明涉及一種信息安全技術，尤其是一種基于虛擬基因組的密碼系統的構造方法。該基于虛擬基因組的密碼系統有兩個互相匹配的密匙，一個是由隨機DNA序列組成的虛擬基因組數據庫(VGDB)，另一個是VGDB中虛擬基因在2維微陣列中隨機分布的位置表，即虛擬基因芯片(VDMC)。任意明文信息可自由地在VDMC上“書寫”，也就是在VDMC微陣列上選擇組成明文信息的“點”。這些挑選出來的“點”對應著VGDB中的虛擬基因，在這些虛擬基因中隨機挑選一個小片段DNA序列，并用生物信息學常用工具BLAST或其它字符串搜索算法如KMP算法確認其在VGDB中的唯一性。密文就是由這些小片段DNA序列組合而成。解密過程只需用這些小片段DNA序列對VGDB進行BLAST，即可找出組成明文信息的“點”，根據VDMC即可恢復出明文信息。密文中可以隨意插入任意非VGDB序列而對解密沒有任何影響，因而VGC是一個很好的信息隱藏系統。此外，VGC密匙可自我更新，從而實現不可破譯的一次一密系統。本發明通過在生物信息學與信息安全領域的交叉學科研究，成功解決了密碼學領域一次一密的實際應用問題，在信息安全領域將有非常廣闊的應用前景。