基于自组装DNA计算的NTRU密码系统破译方案(英文)

自组装DNA计算在解决NP问题,尤其在破译密码系统方面,具有传统计算机无法比拟的优势.文中提出了一种用自组装DNA计算破译NTRU公钥密码系统的方法.针对NTRU密码系统的特点,采用DNA瓦片编码信息,借助于瓦片间的粘性末端进行自组装,给出了求解多项式卷积运算的实现方案.在此基础上,通过引入非确定性的指派瓦片,提出了一种破译NTRU系统的非确定性算法.通过创建数以亿计的参与计算的DNA瓦片,该算法可以并行地测试每个可能的密钥,以高概率地输出正确密钥.该方法最大的优点是充分利用了DNA瓦片具有的海量存储能力、生化反应的巨大并行性以及组装的自发有序性.理论分析表明,该方法具有一定的可行性.

DNA计算的研究进展及展望

DNA计算是在计算科学和分子生物学的基础上发展起来的一个新颖而极具发展潜力的学科。由于它具有信息处理的巨并行性、低耗能以及高存储密度等特点,DNA计算已被广泛应用于解决各种复杂性计算问题以及模拟电子计算机进行四则运算。DNA计算机的研制也正在向着实用化阶段迈进。综述了当前DNA计算的运行机理与计算模型,重点讨论了当前研究的热点与难点问题,并对未来的发展进行了展望。

基于DNA编码和超混沌系统的图像加密算法

针对DNA编码规则单一和混沌加密算法对密钥的灵敏度低等问题,提出一种基于DNA编码和超混沌系统的图像加密方案。该算法首先使用SHA-3算法计算明文图像的哈希值,用于超混沌系统的初始值,增加明文敏感性;其次将图像转换为DNA序列,并与所构建的S盒子进行DNA序列运算;最后用超混沌系统产生的序列对图像进行置乱。结果和理论分析表明,该算法不仅提高了密钥敏感性和传输数据的安全性,而且具有较好的抗穷举攻击、统计攻击和差分攻击能力。

基于微流控技术图顶点着色问题的DNA计算模型

为减少DNA计算中的人为操作,实现对生化操作的精确控制,设计了一种基于微流控技术求解图顶点着色问题的微流控DNA计算模型。通过温度来控制微反应器中DNA链库与磁珠探针的杂交与变性,并利用不同电极间的电位差来驱动DNA分子在微通道内移动以实现整个计算过程。分析表明,采用本文模型可以自动化地求解任意一个图顶点着色问题,提高了DNA计算的可靠性。

基于自组装DNA计算的RSA密码系统破译方案

自组装DNA计算在解决NP问题,尤其是破译密码系统方面,具有传统计算机无法比拟的优势。采用DNA分子瓦编码信息,借助于分子瓦之间的粘性末端进行自组装,给出了乘法运算的实现方案。在此基础上,通过引入非确定性的指派分子瓦,提出了一种用自组装DNA计算破译RSA公钥密码系统的非确定性算法。通过创建数以亿计的参与计算的DNA分子瓦,在DNA计算能力允许的范围内,该算法可以并行地测试每个可能的因子,以高概率地分解整数。该方法最大的优点是充分利用了DNA分子瓦具有的海量存储能力、生化反应的巨大并行性以及组装的自发有序性。

一种基于RNA二级结构的信息隐藏方案

以核酸(RNA)序列为载体,提出了一种基于RNA二级结构的信息隐藏方案.该方案把编码为RNA序列的明文嵌入到参考RNA序列,以自由能作为约束条件,通过预测软件RNAstructure获取位置信息,接收方接收到参考序列和位置信息后,通过约定的软件和条件恢复出秘密信息.仿真结果表明该方案具有较好的安全性和稳健性,可用于秘密信息的隐写通信.

基于DNA分子的信息安全技术研究综述

作为一种新的加密方法,DNA密码以DNA为信息载体,充分利用DNA分子所具有的超高存储密度、超低能量消耗、超大规模并行计算潜力等优点,可实现加密、认证及签名等密码学功能.目前基于DNA分子的加密方法与认证技术、DNA计算对传统密码学的破译与分析等研究从各方面发展了信息安全技术,但仍处于起步阶段.打破现有实验条件的限制,建立基于DNA分子信息安全技术的相对完备的理论体系,突破破译分析中的数据复杂度和计算复杂度,将是未来的研究方向.

微流控DNA计算的研究进展及展望

DNA计算机具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力,被认为有望解决电子计算机所面临的瓶颈问题。微流控技术提供了一个可实现自动化操作、通用型DNA计算机的支持平台。借助于微流控技术,将DNA计算相关的生化反应有机地集成在芯片平台上加以实现,进一步提高了DNA计算的可靠性、减少了实验过程的手工操作和反应时间。在介绍DNA计算机的基本概念和微流控技术基础上,围绕微流控DNA计算机的原理、模型和应用等关键问题,分析了微流控DNA计算机的体系结构及设计方法,讨论了微流控DNA计算机未来可能的发展方向。

自动化专业实验教学体系改革研究

在工程专业认证的背景下,工科专业课程体系面临着重大改革。为适应当前人才培养目标要求,通过分析自动化专业实验教学目前存在的问题,提出了实验独立设课的教学改革方法,以自动化专业基础课"单片机原理"课程为例,在实验教学内容、教学方法以及考核方式等方面进行了探索与实践,进一步提高了学生的实践能力和创新能力。

基于改进的粒子群遗传算法的DNA编码序列优化

在DNA计算中,DNA编码序列的设计是影响DNA计算可靠性的重要手段.在不同的DNA序列设计中,应该选择适当的约束条件,并且根据相应的约束条件提出每个DNA应该相应满足的评估公式.文中从DNA编码设计应满足的多约束条件中选取适当的约束条件,提出评估公式,并采用改进的粒子群遗传算法来解决多目标优化问题.同时根据得到的序列与已有序列在综合适应度函数结果上进行对比,结果证明了该方法的有效性.

DNA计算中的信息安全技术

DNA计算是一种模拟生物分子的结构并借助于分子生物技术进行计算的新模式。它引入了崭新的数据结构和计算方法,为解决NP完全问题提供了全新的途径。由于DNA计算具有信息处理的高并行性、低能耗及高存储密度等优点,对传统的基于计算安全的密码体系提出了挑战。DNA密码便是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。用DNA分子作为信息载体,以实现数据隐藏、认证、加密等安全技术。在简要回顾DNA计算原理的基础上,详细分析了基于DNA的一次一密方案以及Boneh用DNA计算机破解DES的方法;最后探讨在DNA计算中的信息安全技术。

数据存储新方向:DNA分子存储技术

存储技术已经成为提高计算机系统的关键。DNA存储技术是一种基于生物分子的数据存储技术。作为生物分子计算机领域的一个重要分支,由于它具有存储密度高、硬件成本低廉、存取高度并行性、扩充性强、储存长久性等优点,极有可能替代传统的存储系统。这里首先回顾了DNA存储技术的起源与发展,接着介绍了其存储原理、研究的内容与方法,最后对DNA存储技术的发展进行了展望。

基于密度的最小生成树聚类算法研究

基于密度的方法是一种相当有效的聚类方法,能够发现任意形状的聚类,对噪声数据不敏感,但是聚类结果严重依赖于用户参数的合理选择。针对其存在的问题,将最小生成树理论与基于密度的方法相结合,提出了一种基于密度的最小生成树聚类算法。通过构造、分割最小生成树得到确定样本空间划分的最小生成子树;根据子树特性,产生局部密度参数;并对生成子树进行局部密度聚类。理论分析和应用结果表明。该算法不仅体现了基于密度聚类方法的优点,聚类结果不依赖于用户参数的选择,使数据聚类更合理,特别是对大型数据库非常有效;也体现了数据分区的思想,使其可以并行执行,进一步提高了信息处理的时空效率和性能。

DNA编码问题及其复杂性研究

高质量的DNA编码可以避免DNA分子间的非特异性杂交,提高DNA计算的有效性和可靠性。首先对DNA编码的约束条件进行归类,分析了各编码约束对编码质量的影响;然后研究了编码质量、编码数量、序列长度与DNA计算可靠性、有效性、可扩充性之间的关系;最后通过类比DNA编码问题和图的独立集问题,说明了求解最大DNA序列集合问题是NP完全的。

基于DNA技术的加密方案

DNA密码是伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。利用DNA合成技术、PCR扩增技术以及DNA数字编码技术,结合传统密码学提出了一种基于DNA技术的加密方案。方案利用引物对于PCR扩增技术的特殊作用,提出要以引物和编码方式为密钥,采用传统的加密方法对明文进行加密预处理,可有效防止可能词作为PCR引物进行攻击。生物学困难问题和密码学计算困难问题为该方案提供了双重的安全保障,安全性分析表明该加密方案具有很强的保密强度。

基于文化遗传算法的DNA编码序列设计

DNA编码问题是DNA计算的关键,然而,它已被证明为NP困难问题,通常采用优化算法求解。针对传统遗传算法缺乏有效指导,容易陷入局部极值的缺点,结合文化算法采用种群空间和信念空间的双层进化结构进行寻优,提出了一种基于遗传算法和文化算法的混合优化算法用于解决DNA编码问题。仿真结果表明该混合算法能有效地用于DNA编码序列设计。

海参养殖水温控制模型的设计

主要研究养殖池内水温控制模型的建立与误差分析。综合考虑养殖池大小、进出水口数、分布、水温、气温等因素,通过必要合理的简化和假设,根据热量平衡方程建立水温和电机放水时间的关系模型,并采用可编程逻辑控制器(PLC)实现程序控制。综合分析模型假设、数据采集和处理等诸方面引起的误差,计算出最佳的电机运行时间,实现节能高效的水温控制。

DNA计算中编码序列的优化设计方案

提出了一种优化设计方案。该方案的各项评价指标均优于根据以往文献提供的方法所能得到的最好结果。尤其是所提出的海明距离测度方法,进一步保证了特异性杂交产生的自由能远大于非特异性杂交所产生的自由能,便于进行DNA编码序列的设计与选择,为可控的DNA计算提供可靠有效的编码序列。

生物信息学中的数字信号处理方法研究

分析了数字信号处理方法如傅里叶变换、功率谱估计和滤波器设计等方法在生物序列分析和基因表达数据分析方面的应用,并给出了实例和分析结果,为数字信号处理方法在基因网络中的研究指明了应用前景。

基于比特置换与核酸序列库的混沌图像加密算法

提出了一种基于比特置换与DNA序列运算的混沌图像加密的算法。该算法首先利用Chen系统产生混沌映射索引对图像进行像素位置置乱,结合蝶形网络对比特位置乱,以实现位级别置乱。再对图像进行DNA编码,并与核酸序列进行代数运算,实现像素的替代,进一步提高了加密的安全性。最后通过密文反馈来进一步增强算法的混淆和扩散特性。实验和安全性分析结果表明,该算法不仅密钥空间大、对密钥的敏感性强,而且能有效抵御统计性分析和穷举分析等攻击操作。