文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
基于DNA计算自组装模型的若干密码问题研究
姓名:陈智华
申请学位级别:博士
专业:系统分析与集成
指导教师:许进
20090522
分类号____________ 学号 531840200678471
学校代码__10487_____ 密级_______________
华中科技大学
博士学位论文
基于 DNA 计算自组装模型的
若干密码问题研究
学位申请人: 陈智华
学科专业:系统分析与集成
指导教师: 许进教授
答辩日期:
A Dissertation Submitted inPartial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering
Researches on Several Cryptological Problems based on DNA
Computing by Self-Assembly
. Candidate: CHEN Zhihua
Major : Systems Analysis and Integration
Supervisor : Prof. XU Jin
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074,
May, 2009
独创性声明
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究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集
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以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
密码分析和密码设计是信息安全领域最重要的组成部分,它的发展关系到国家安
全、经济安全和金融安全等多个方面。现代密码系统的安全性是建立在密钥搜索的指
数增长时间复杂度上,而新兴的 DNA 计算具有超大规模并行性、高密度存储和低能
耗等特性,不仅对传统密码安全提出了挑战,同时也为海量信息存储提供了新的存储
和加密模式。实验已经证明 DNA 分子自组装是一种自底向上进行纳米尺度计算的有
效机制。1 维和 2 维的自组装作为 DNA 计算的工具,其并行计算能力已经得到认可,
并得到了大量的研究。已经证明 1 维线性自组装具有正则语言的计算能力,而二维自
组装的计算能力是图灵等价的。
基于这样的背景,本文以 DNA 计算中的 Tile 自组装模型为核心,密码问题为主
要研究对象,对 DNA 计算 Tile 自组装模型在密码中的各种应用及其有效性进行了探
索研究,设计并实现了基于 DNA 计算 Tile 自组装的密码系统和密码算法破译模型,
定量分析了 DNA 计算用于密码分析和数据加密的有效性、时间复杂度、空间复杂度。
本文主要创新内容如下:
首先,实现了基于 DNA 计算的一次一密密码系统。本文针对 DNA 计算的并行性
和海量存储能力,使用 DNA 计算中的 Tile 自组装模型设计实现一次一密密码系统,
为海量数据信息的加密存储和传输提供了新的方法。该密码系统包括加密子系统、密
文提取子系统、密钥计算子系统和解密子系统,这四个子系统组成了一个完整的密码
系统。同时使用已有的生物技术,实现了秘密密钥的安全传输。所有的子系统的 Tile
类型复杂度为Θ(1),计算时间复杂度为Θ(n)。最后,对该一次一密密码系统的安全性
进行了分