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信息安全的三個要素CIA，包括了機密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）和可用性（Availability），在當今社會信息安全中起到了關(guān)鍵作用。為了適應(yīng)日益提高的CIA需求，基于硅基計算機的體系采用了越來越復(fù)雜的加密算法。而基于生物分子的加密則采用熱動力學(xué)控制的生物分子反應(yīng)來執(zhí)行加密過程，具有很高的特異性，有可能避免來自計算機的攻擊。其中，基于DNA分子反應(yīng)的文本信息隱寫術(shù)近些年來受到廣泛關(guān)注。

樊春海與柳華杰團隊長期從事DNA自組裝研究，研究人員提出應(yīng)用DNA折紙技術(shù)來編碼信息，以充分挖掘DNA在多維度加密應(yīng)用上的潛力。DNA折紙技術(shù)的原理為通過幾百條短鏈對于一條長骨架鏈的任意折疊，以得到不同形狀的DNA結(jié)構(gòu)。利用DNA折紙術(shù)可以構(gòu)建任意圖案且可以實現(xiàn)完全的物理可尋址。在此基礎(chǔ)上，研究人員開發(fā)出一套安全有效的DNA origami cryptography（DOC）加密系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，發(fā)送者首先將文本信息加密為類似盲文圖案的點陣排列，然后以骨架鏈的折疊作為密鑰將點陣排列進一步加密為雜交若干生物素化短鏈的骨架鏈。接收者通過共享骨架鏈折疊的密鑰可以生成對應(yīng)的訂書鏈，將骨架鏈折疊為正確的形狀。在該形狀中生物素位點的排列與加密圖案相同，可通過結(jié)合鏈霉親和素進行識別，最終接收者將圖案解密得到文本信息。

該方法實現(xiàn)了加密術(shù)與隱寫術(shù)的整合，采用一條長7000堿基左右的骨架鏈可實現(xiàn)約700位的理論密鑰長度，遠超經(jīng)典AES算法的強度。而通過對DNA折紙不同區(qū)域位點的定義以及DNA折紙間的特異性識別，該系統(tǒng)還可實現(xiàn)完整性保護和訪問控制的功能。該團隊采用該系統(tǒng)進行了包括文本、音符、圖片等多種形式的信息傳遞，并模擬戰(zhàn)爭環(huán)境實現(xiàn)了對戰(zhàn)役時間地點信息的保密傳遞。該DNA加密系統(tǒng)為信息安全的發(fā)展提供了一種具有巨大潛力的生物分子解決方案。

 該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFA0902600）、國家自然科學(xué)基金項目（21834007, 21675167, 21603262）、上海交大王寬誠基金會等項目的資助。

論文鏈接：

DNA origami cryptography for secure communication | Nature Communications

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13517-3