DNA隐写术

隐写术是将通常未加密的文本或者图形完全地隐藏在其它的通过电子传输的文本或者图形中的一种加密方式。十五世纪人们就提出了“隐写术”，随后隐写术就大量出现在各种保密通信中。在隐写术加密中，携带秘密信息的载体的数量越大，攻击者从这些载体中恢复出秘密信息的难度就越大。因此，为了提高隐写术的安全性，需要大量的高密度的载体，而DNA的特性正好符合这一要求。1999年，Celland等人在“Nature”杂志发表论文，他们把著名的“June 6 Invasion：Normandy” 隐藏在DNA微点中，提出了世界上第一个利用DNA实现信息保密的方法。信息写入的方式是合成具有特定引物的DNA序列，解密的方式是利用PCR扩增之后测序。

经过多年的研究，DNA隐写术可以分成两种加密方式。

第一种是明文串的加密，将明文串与其它DNA串混合在一起进行加密，这样能够防止通过排序读出明文串。其它的这些DNA分子串，我们叫做伪串。为了确保该方法的安全性，伪串应该同消息串具有相同的组成形式。解密的时候需要确认附着在明文消息上的唯一的识别序列（即密钥序列）。这个序列可以在串的终端，正常情况下位于起始序列的位置。因此，解密时通过使用相应的密钥序列作为PCR反应的引物来读出明文消息。这种技术的安全性需要保证伪串的随机性或者使得所有的DNA串的出现具有相同的频率。

第二种加密技术是图形明文的加密，是将明文串和大量的包含相同密钥序列的伪串混合加密。在这种方式下，密钥序列再也不具有用作解密过程的唯一特性。取而代之，解密的密钥是加密使用的整个伪串池。通过读出伪串池和加密池（包括伪串池和明文串）可以生成两个不同的凝胶成像图。再通过数字图像的处理技术，对这两个凝胶成像图作图形化的相减处理，就能得到原始的明文串的序列。

图形解密可以被视为一个独立的密码系统。如果作为密钥的伪串池只使用一次，这个系统同第一种方式一样安全。但是，如果多次使用同一个伪串池，攻击者就会通过对所有的凝胶成像图进行数字图像处理获得越来越多的密钥消息。

DNA密码系统

目前利用DNA本身的特性构建的密码系统大致分为两种方式，一种是采用DNA数据库作为密码本构建一次一密的DNA密码系统，另一种是利用生物学中的困难问题构建全新的DNA密码系统。

1）使用替代的一次一密系统

一个替代的一次一密系统是使用一个明文二进制消息和一张随机映射到密文的表。输入的长度为n的DNA串被分割成为具有固定长度的明文串。表的作用就是将所有具有固定长度的可能的明文串映射到相对应的密文串，而且使得其逆映射唯一。加密是将每个明文DNA字替换成相对应的DNA密文字。这种映射是通过使用一个包含了许多片断的长的DNA密码本来实现的。其中，每个片断都代表了一个单独的明文字同密文字的映射。明文字是作为绑结引物的杂交点，接着被扩展生成明密文字对。然后分离明密文字对，删除明文部分得到密文消息。一个理想的一次一密库应该包含大量的一次一密本，能够提供从明文字到密文字的具有良好的唯一性、随机性的映射。

2）使用异或的一次一密系统

Vernam 密码是使用R个均一分布的随机比特构成的序列S作为一次一密本。S的一个副本保存在发送者和接收者处。L为S的还没有用于加密消息的比特数目。初始的L＝R。两个二进制输入的异或操作是当它们相同时值为0，否则值为1。当发送一个长度为n