[发明专利]一种基于虚拟基因组的密码系统(VGC)

摘要

本发明涉及一种信息安全技术，尤其是一种基于虚拟基因组的密码系统。本密码系统有两个互相匹配的密匙，一个是由随机DNA序列组成的虚拟基因组数据库(VGDB)，另一个是VGDB中虚拟基因在2维微阵列中随机分布的位置表，即虚拟基因芯片(VDMC)。任意明文信息可自由地在VDMC上“书写”，也就是在VDMC微阵列上选择组成明文信息的“点”。这些挑选出来的“点”对应着VGDB中的虚拟基因，在这些虚拟基因中随机挑选一个小片段DNA序列，并用生物信息学常用工具BLAST或其它字符串搜索算法如KMP算法确认其在VGDB中唯一性。密文就是由这些小片段DNA序列组合而成。解密过程只需用这些小片段DNA序列对VGDB进行BLAST，即可找出组成明文信息的“点”，根据VDMC即可恢复出明文信息。密文中可以随意插入任意非VGDB序列而对解密没有任何影响，因而VGC是一个很好的信息隐藏系统。此外，VGC密匙可自我更新，从而实现不可破译的一次一密系统。本发明不仅可用于实时快速的秘密信息通信，也可用于数字签名与身份认证。

主权项

一种基于虚拟基因组的密码系统(VGC)，其特征在于按如下步骤和方法进行：(1)产生大量随机DNA序列，并随机编号或命名(每个随机DNA序列编号或命名为一个虚拟基因)，每个虚拟基因采用FASTA格式，所有这些虚拟基因组成“虚拟基因组”，生成“虚拟基因组数据库”(Virtual Genome Database，VGDB)。(2)将VGDB中的所有虚拟基因随机分配在一个2维阵列表上，得到一个虚拟基因分布位置表，该表即为“虚拟基因芯片”(Virtual DNAMicroarray Chip，VDMC)。(3)信息发送方可在VDMC上“书写”任何所要传递的秘密信息，也就是在拥有巨大点阵的VDMC上挑选用于组成秘密信息的“点”。(4)由于VDMC上的每个点对应于VGDB中的一个虚拟基因，因此在VDMC上挑选组成秘密信息的点，对应地就是找出VGDB中的虚拟基因。(5)从每个找出的虚拟基因中随机地挑选一个DNA序列小片段，利用本地BLAST程序对VGDB进行相似性搜索，确认随机挑选的这个小片段DNA序列在VGDB中是唯一的。也就是说，该小片段DNA序列与所挑选的虚拟基因是一一对应的，在其它的虚拟基因中没有相同的DNA序列存在。(6)将所有这些随机挑选出来的DNA序列不分先后顺序地随机组合起来(每个小片段DNA序列用逗号或其它间隔方式如空格、分号等等区隔开来)就成了密文信息。(7)信息接收方收到密文后，将以逗号等方式区隔开来的各小片段DNA序列对VGDB进行BLAST分析，找出各自对应的虚拟基因，再在VDMC上把这些虚拟基因标记出来，秘密信息就显现出来了。