本發(fā)明涉及dna存儲，尤其涉及一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、隨著全球數(shù)字數(shù)據(jù)量的指數(shù)級增長，傳統(tǒng)存儲技術(shù)如硬盤和磁帶在功耗、物理體積、可靠性以及長期耐久性等方面面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)。作為天然的遺傳信息載體，dna因其極高的存儲密度、超長壽命、低維護成本以及高度并行性，被認為是未來大規(guī)模、長期信息存儲的有力候選介質(zhì)。隨著dna存儲系統(tǒng)逐步邁向?qū)嶋H部署階段，如何保障存儲信息的機密性與完整性成為亟待解決的重要問題。由于dna存儲涉及復(fù)雜且易受干擾的生物過程，加密技術(shù)不僅需要具備足夠的安全性，還需兼容生化體系的物理與化學(xué)約束。
2、dna存儲通道的一個普遍特性是：用于信息讀取的測序序列不可避免地受到各種噪聲干擾。這些噪聲主要來源于合成、保存、pcr(polymerase?chain?reaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))擴增以及測序等生物過程中的技術(shù)誤差，表現(xiàn)為堿基的插入、缺失與替換(insertion–deletion–substitution，ids)。此類錯誤通常在不同位置及不同序列中隨機分布，嚴重干擾序列比對與共識生成，成為可靠數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中亟待解決的關(guān)鍵難題。因此，任何應(yīng)用于dna存儲環(huán)境的加密方法，都必須具備在真實通道噪聲下的容錯能力。
3、目前已有部分研究嘗試將這種“天然錯誤”用于加密目的。yao等人提出了一種基于前向糾錯dna編碼的圖像加密方法，可在高達10％的ids錯誤下實現(xiàn)解密魯棒性。此外，該方法還引入基因突變概念，將圖像像素值映射為編碼基因的8種突變形式之一，實現(xiàn)像素級的擴散加密。然而，其對替換錯誤的容忍上限僅為1％，在實際高噪聲環(huán)境中仍存在局限。
4、因此，亟需提出一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法，以解決dna存儲中的數(shù)據(jù)恢復(fù)因合成、測序等多源噪聲干擾導(dǎo)致的序列比對失真與共識生成效率低下的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本公開提供一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法、裝置、設(shè)備和介質(zhì)，以解決相關(guān)技術(shù)中dna存儲中的數(shù)據(jù)恢復(fù)因合成、測序等多源噪聲干擾導(dǎo)致的序列比對失真與共識生成效率低下的技術(shù)問題。
2、本說明書一個或多個實施例提供了一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法，包括以下步驟：
3、將待加密的明文信息轉(zhuǎn)換成帶索引的二進制序列；
4、隨機生成正常密鑰序列和誤導(dǎo)密鑰序列；
5、使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述二進制序列進行調(diào)制編碼，生成dna的正常序列和誤導(dǎo)序列；
6、在所述誤導(dǎo)序列中注入結(jié)構(gòu)性錯誤，并與所述正常序列混合后存儲；
7、從混合存儲的dna序列中獲取混合測序集，使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合測序集進行篩選和解密，得到明文信息。
8、優(yōu)選地，所述在所述誤導(dǎo)序列中注入結(jié)構(gòu)性錯誤，具體包括以下步驟：
9、調(diào)整dna鏈在特定位點的合成條件，增加所述誤導(dǎo)序列在所述特定位點發(fā)生錯誤的概率。
10、優(yōu)選地，還包括以下步驟：
11、使用所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述誤導(dǎo)序列進行調(diào)制解碼，提取具有殘余信息特征的序列片段，輔助投票糾錯；
12、或，使用所述正常密鑰序列對所述混合存儲的dna序列進行解碼，從全部序列中獲取序列片段；
13、或，使用所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合存儲的dna序列進行解碼，捕捉因噪聲擾動產(chǎn)生誤判但仍含信息殘片的序列片段。
14、優(yōu)選地，所述使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述二進制序列進行調(diào)制編碼，生成dna的正常序列和誤導(dǎo)序列，具體包括以下步驟：
15、使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對帶索引的二進制序列采用調(diào)制編碼的規(guī)則分別進行調(diào)制編碼，生成正常序列和誤導(dǎo)序列；
16、將所述誤導(dǎo)序列復(fù)制預(yù)設(shè)次數(shù)后，與所述正常序列混合后存儲。
17、優(yōu)選地，所述使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合測序集進行篩選和解密，得到明文信息，具體包括以下步驟：
18、使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合存儲的dna序列進行篩選，得到正常序列集合；
19、基于所述正常序列集合，使用調(diào)制解碼的規(guī)則對每條序列反調(diào)制還原為二進制片段；
20、利用所述索引對所述二進制片段進行聚類和排序，得到明文信息。
21、本說明書一個或多個實施例提供了一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密裝置，包括轉(zhuǎn)換模塊、密鑰生成模塊、編碼模塊、錯誤注入模塊和解密模塊；
22、所述轉(zhuǎn)換模塊，用于將待加密的明文信息轉(zhuǎn)換成帶索引的二進制序列；
23、所述密鑰生成模塊，用于隨機生成正常密鑰序列和誤導(dǎo)密鑰序列；
24、所述編碼模塊，用于使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述二進制序列進行調(diào)制編碼，生成dna的正常序列和誤導(dǎo)序列；
25、所述錯誤注入模塊，用于在所述誤導(dǎo)序列中注入結(jié)構(gòu)性錯誤，并與所述正常序列混合后存儲；
26、所述解密模塊，用于從混合存儲的dna序列中獲取混合測序集，使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合測序集進行篩選和解密，得到明文信息。
27、優(yōu)選地，還包括輔助模塊，配置為使用所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述誤導(dǎo)序列進行調(diào)制解碼，提取具有殘余信息特征的序列片段，輔助投票糾錯；
28、或，使用所述正常密鑰序列對所述混合存儲的dna序列進行解碼，從全部序列中獲取序列片段；
29、或，使用所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合存儲的dna序列進行解碼，捕捉因噪聲擾動產(chǎn)生誤判但仍含信息殘片的序列片段。
30、優(yōu)選地，所述編碼模塊包括編碼單元和混合單元；
31、所述編碼單元，用于使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對帶索引的二進制序列采用調(diào)制編碼的規(guī)則分別進行調(diào)制編碼，生成正常序列和誤導(dǎo)序列；
32、所述混合單元，用于將所述誤導(dǎo)序列復(fù)制預(yù)設(shè)次數(shù)后，與所述正常序列混合后存儲。
33、本說明書一個或多個實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上述雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法。
34、本說明書一個或多個實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法的步驟。
35、本公開提供的一種雙噪聲協(xié)同增強的dna存儲加密方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，優(yōu)點在于，通過將待加密的明文信息轉(zhuǎn)換成帶索引的二進制序列，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過二進制編碼消除格式差異，索引機制為后續(xù)加密操作提供精準(zhǔn)定位能力，建立結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；隨機生成正常密鑰序列和誤導(dǎo)密鑰序列，正常密鑰確保加密有效性，誤導(dǎo)密鑰構(gòu)建安全混淆層，基于隨機算法的密鑰生成，使密鑰空間達到理論安全級別，抵御暴力破解；使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述二進制序列進行調(diào)制編碼，生成dna的正常序列和誤導(dǎo)序列，利用生物分子存儲特性提升數(shù)據(jù)密度，dna序列的生物特性增強加密隱蔽性，多序列混淆策略形成信息迷霧，使攻擊者難以定位有效數(shù)據(jù)；在所述誤導(dǎo)序列中注入結(jié)構(gòu)性錯誤，并與所述正常序列混合后存儲，在誤導(dǎo)序列中植入可控錯誤，構(gòu)建信息干擾層，分布式存儲策略降低數(shù)據(jù)集中風(fēng)險，配合錯誤校驗機制確保解密完整性；從混合存儲的dna序列中獲取混合測序集，使用所述正常密鑰序列和所述誤導(dǎo)密鑰序列對所述混合測序集進行篩選和解密，得到明文信息，通過雙密鑰匹配算法實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)篩選，提高準(zhǔn)確率，基于密鑰的解密流程確保信息還原唯一性，在復(fù)雜存儲環(huán)境下仍能保持數(shù)據(jù)完整性，實現(xiàn)了加密存儲和安全獲取的完整流程。提升dna加密方案的可分析性、可比性與可控性，為構(gòu)建系統(tǒng)化的dna加密復(fù)雜度框架奠定基礎(chǔ)。