华南植物园“一种基于DNA芯片的密码系统”获国家发明专利

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7月22日获悉，由中国科学院华南植物园曾纪晴、张明永等科研人员完成的“一种基于DNA芯片的密码系统”获国家发明专利授权（专利号：ZL201110364015.2）。

DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成寡核苷酸或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析，即可获得样品的遗传信息。DNA芯片被广泛应用于大通量的基因表达分析，对疾病的基因诊断、生物的基因组学研究具有重大的作用。由于DNA芯片的高度集成性，随着DNA应用于密码学领域研究的不断深入，人们也开始探索DNA芯片应用于密码学领域。2000年，Gehani等采用XOR方案设计了一个一次一密的DNA密码系统，利用DNA芯片实现了图像的加密。西安电子科技大学的科研人员也设计了基于DNA芯片对称或非对称密码系统。它们的共同特征是，每一条消息加密或解密过程都必须特别制作一张DNA芯片，成本巨大，信息传递效率极低。他们的方法存在最明显的缺点是缺乏可操作性或操作成本太高。他们的方法也难以解决芯片杂交过程中一些假阳性或假阴性的干扰问题，使得解密容易出现错误。因此，这些DNA密码系统方案仅仅是一种设想，还远远不能进入实用阶段。

该发明采用随机DNA序列制作DNA芯片，只需批量生产同一种DNA芯片，批量合成芯片上对应DNA的探针，无需对每一条秘密信息进行DNA芯片的特制。信息发送方也只需要使用上述预先批量合成的探针进行不同的配比混合，就可以传送不同的秘密信息，而信息接收方只需要使用同一款的DNA芯片就可以接受不同的秘密信息。此外，本发明通过在DNA芯片上以多个点代表某个信息从而能够完全克服假阳性或假阴性的干扰，确保了信息传递的鲁棒性。所以该发明从DNA芯片制作与探针合成到实际操作的整个过程，完全解决了之前存在的各种难题，使得该密码系统能够立即进入实用阶段。

该发明的成功授权标志着基于DNA芯片的密码系统从概念到商业应用的巨大进步。由于二代测序技术的飞速发展，DNA芯片在分子生物学上的应用逐渐被新一代高通量测序技术所取代，DNA芯片的应用也面临着市场逐渐萎缩的前景。该发明提供的技术方案为DNA芯片的应用开辟了一个崭新的巨大市场，未来在信息安全领域将大有作为。