[发明专利]一种基于编码链发卡结构添加与移除的DNA杂交信息存储加密方法

说明书

本发明公开了一种基于编码链发卡结构特异性移除的DNA存储加密方法，包括一套带发卡结构与限制性内切酶识别位点的DNA编码链和限制性内切酶组合。其中，特定的限制性内切酶可将特定编码链的发卡结构切断，使编码区暴露而将其激活。在信息读取过程中，如果DNA编码链未经正确激活，则因发卡结构阻碍杂交而导致信息无法有效读取。该方法实施时，发送方从编码链组合中选取一组进行数据写入，将存储盘发给接收方，并用另一保密途径将密钥(即正确的内切酶信息)发送。接收方在收到密钥后方能对编码链做正确处理而将其激活，而错误处理将无法激活，甚至可能导致存储盘自毁。本发明实现了DNA杂交存储技术的硬加密，促进该存储技术的应用。

技术领域

本发明属于DNA存储技术，具体涉及一种DNA信息杂交存储加密方法。

背景技术

DNA存储技术是生命科学与信息科学交叉融合的结晶。DNA是漫长生物进化过程中选择的遗传物质，作为信息存储物质而言，DNA具有保存时间极长、存储信息容量极大，环境适应能力极强等特点，极具发展潜力。目前DNA存储领域的主流技术基于DNA合成与测序，该技术虽然信息密度高，但存在并行性差、读写时间长、加密性能低等弱点，限制了DNA存储技术的实际应用。为此，申请人团队在前期工作中开发了DNA杂交存储技术。该技术通过构建DNA寡核苷酸链组合，建立DNA编码链、解码链（荧光探针）组合与二进制信息的映射关系。在信息写入时，将DNA编码链组合固定在存储基片的数据单元阵列上，以数据单元中编码链的组合状态代表该数据单元存储的信息内容。在信息读取时，将存储盘上的DNA编码链与互补荧光标记探针杂交，再通过检测各数据单元杂交信号的状态，得到所有数据单元编码链的组合状态，并还原出存储信息。前期工作实现了DNA杂交存储技术的原理，而本发明则通过给DNA编码链添加/去除发卡结构的方式分别对探针进行封闭/解封，实现了DNA杂交存储技术的硬加密，能够有效阻止信息的自由扩散，提高信息安全，促进DNA存储技术的实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有DNA杂交存储技术尚未实现加密功能的问题，提供一种DNA杂交信息存储的加密方法，本发明通过给DNA编码链添加/去除发卡结构的方式分别对编码链进行封闭/激活，实现了DNA杂交存储技术的硬加密。本发明能够有效阻止信息的自由扩散，提高信息安全，促进DNA存储技术的实际应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于编码链发卡结构特异性移除的DNA杂交信息存储加密方法，包括：

1)将目标信息转换为二进制代码，并分割为众多等长的字段，每个字段对应一个数据单元，包含M个二进制数位；

2)将上述每个字段的M个二进制数位上的1/0值映射为M条DNA编码链的有/无组合，由此得到DNA存储盘上所有数据单元需要添加的编码链列表；

3)依上述列表将各DNA编码链以点样、喷墨或原位合成的方式固定在DNA存储盘表面各数据单元中，即完成目标信息在DNA存储盘上的写入；

4)DNA存储盘信息的读取，是通过编码链与互补荧光探针的杂交实现；杂交后进行荧光检测，以各数据单元中各色荧光的有无来判断对应编码链的有无，由此得到存储盘上所有数据单元中的编码链组合列表，再进一步还原为二进制代码，并最终还原出目标信息；

5)本发明的加密环节在于加密DNA编码链的设计和运用，包含以下步骤：

a.每条DNA寡核苷酸加密编码链(单链)均包含一个核心序列，加密编码链中只有核心序列参与存储信息编码，该序列与杂交检测时与之对应的DNA寡核苷酸探针互补，所有编码链包含的基本序列总数记为M；

b.在核心序列3’端添加一个限制性内切酶识别序列和一段衔接序列，构成发卡上半段；

c.在衔接序列3’端添加一段与发卡上半段反向互补的序列(即发卡下半段)，与发卡上半段共同构成部分双链结构(即发卡结构)；