DNA密码术

密码学 是科学的一个分支，研究 信息编码 为了隐藏信息。它在通信安全的基础设施中起着至关重要的作用。1994年，伦纳德·马克斯·阿德尔曼（Leonard Max Adleman）展示了分子计算能力之后，阿希什·格哈尼（Ashish Gehani）等人和阿明（Amin）等人完成了这项开创性的工作。这为DNA计算铺平了道路。DNA密码学结合了密码学和现代生物技术。

为什么是DNA密码？

• DNA加密技术是世界上发展迅速的技术之一。
• 阿德尔曼向全世界展示了如何用它来解决复杂的问题，比如有向哈密顿路径问题和 NP完全问题 （例如 旅行推销员问题 )因此，用户可以设计和实现更复杂的加密算法。
• 它为打破牢不可破的算法带来了新的希望。这是因为DNA计算提供了更高的速度、最小的存储和电力需求。
• DNA以约1位/nm3的密度存储内存，而传统存储介质需要1012 nm3/位。
• 在计算过程中，DNA计算不需要电源。
• 令人惊讶的是，一克DNA包含1021个碱基，相当于108 TB的数据。因此，我们可以在几毫克内储存世界上所有的数据。

DNA密码可以定义为根据DNA序列隐藏数据。 就像 RSA 而DES算法，在DNA密码学中，用户有DNA算法，比如“使用DNA作为密钥分配单向函数的公钥系统”、“DNASC密码系统”、DNA隐写术系统、三级DNA密码、受DNA启发的加密算法和混沌计算。

那么，如何在主要由4个含氮碱基组成的DNA链中编码数据，即：

1. 腺嘌呤（A）
2. 胸腺嘧啶（T）
3. 胞嘧啶（C）
4. 鸟嘌呤（G）

编码的最简单方法是将这四个单元表示为四个数字：

A(0) –00T(1) –01C(2)–10G(3)–11 

• 根据这些编码规则，有4个=24种可能的编码方法。根据一些原理，A和G配对，而T和C配对。
• 在这24种方法中，只有8种符合DNA配对规则，但最好的编码方案是0123/CTAG。

现在把我们的初始数理论上转换成a，T，G，C的序列。然后使用各种DNA合成技术，如化学寡核苷酸合成和寡核苷酸合成平台（包括基于柱的寡核苷酸合成、基于阵列的寡核苷酸合成、复杂链和基因合成以及纠错），在物理上实现这一点。

让我们以经典的XOR一次性键盘为例，看看它是如何使用DNA加密技术实现的：

例如—— 让M为信息，K为关键。密文是通过查找M xor K=C获得的。用户可以通过以下操作再次获得编码的消息：C xor K=M xor K xor K=M。因此，获得我们的原始消息。实施过程中涉及的步骤包括：

1. 消息和OTP密钥被转换为ASCII位
2. 消息和密钥中添加了零填充，以使二进制代码的大小均匀
3. 消息和密钥是异或的
4. XOR输出以DNA碱基格式表示。这是我们的加密文本。

解密过程涉及以下过程，因此也容易被窃听：

1. 所有的DNA碱基都被转化成小块。
2. 然后将这些位与OTP密钥位异或，以再现原始纯文本。
3. 以二进制格式获取的文本随后被转换为ASCII字符序列。

类似地，用户可以实现其他加密算法，比如AES，甚至DES。而不是将数据存储为0和1的序列，而是将它们存储为含氮碱基的序列。以DNA的形式存储信息使我们能够在一个小范围内存储大量数据。