基于dna序列的信息隐藏算法new

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1、http://www.paper.edu.cn基于DNA序列的信息隐藏算法林张瑜北京邮电大学电信工程学院，北京(100876)E-mail：llzy08@yahoo.com.cn摘要：信息隐藏一直都是在信息安全领域起着重要作用，而将生物特征（例如DNA序列）与信息隐藏结合起来的研究近年来越来越热门。本文介绍了信息隐藏的基本概念和原理模型，DNA作为载体的优势，提出了以DNA序列为载体的一种信息隐藏算法。关键词：信息隐藏，秘密信息，DNA1.引言随着信息网络的迅速发展，信息交换日益频繁，人们对信息安全上的需求就越来越迫切。以密码学为基础

2、的信息加密技术，是过去主要的信息安全手段，今后仍将发挥重要的作用，但在实际中这是远远不够的。信息安全不仅包含加密，还应该包括以隐藏信息为根本的信息安全。信息隐藏是近年来多媒体信号处理领域提出的一种信息安全的新方法。本文主要根据信息隐藏的基本原理，分析以DNA序列为载体的信息隐藏算法。与以多媒体为载体的信息隐藏一样，基于DNA序列的信息隐藏能够传递秘密信息，不一样的是，它可以保护医学、分子生物学、遗传学等领域的知识产权。另外，攻击者不会对DNA序列进行常规的信号处理，例如，有损压缩、滤波、加噪声、上/下抽样、A/D和D/A转换等，也不会

3、进行伸缩、平移、裁剪等几何攻击，从而基于DNA序列的信息隐藏比较稳健。因此研究以DNA序列为载体的信息隐藏具有重要的意义。2.信息隐藏及其基本模型信息隐藏就是通过把秘密信息隐藏在可公开的媒体信息里，达到证实该媒体信息的所有权归属和完整性或传递秘密信息的目的。信息隐藏和密码学虽然都用于信息安全，但两者有明显的区别。密码技术是通过特殊的编码将要传递的秘密信息转变成密码的形式，以对通信双方之外的第三者隐藏其信息的内容，而信息隐藏则是对第三者完全隐藏了秘密信息的存在。它的目的在于保证隐藏信息不被察觉和破坏。信息隐藏不但隐藏了信息的内容而且隐藏

4、了信息的存在，从而减少被侵犯的可能性，在此基础上再使用密码学中的经典方法来加强隐藏信息的安全性，可以起到保护信息安全的作用。目前，信息隐藏的主要应用在于两个方面，信息伪装和数字水印。信息伪装技术不会引起人们去怀疑在无害的媒介(如数字图像)中可能携带了重要的隐含信息，而数字水印技术的目的是隐含秘密的个人信息以便保护数字产品的版权或证明产品的真实可靠性。信息伪装技术和水印技术的主要区别在于攻击者的目的不同。信息伪装技术的攻击者试图揭露携带的信息，而在数字水印系统中，盗版者要么试图去除水印来破坏版权，要么复制被篡改后的产品以获得虚构的内容验

5、证。利用信息伪装技术进行安全、隐蔽的通信，在军事、情报、政府机要部门中都具有重要的作用，如今在商业大战中，对商业信息的把握，也是商家制胜的法宝，所以每天都有大量的商业秘密信息在网络中传递。而数字水印的应用又可分为用于数字多媒体防盗版复制、实施版权保护和用于数字信息的内容或作者等属性的认证等多种不同的情况。信息隐藏的基本模型如图1，信息隐藏包括信息嵌入和信息检测两个模块。其中S代表-1-http://www.paper.edu.cn秘密信息，即待隐藏的信息；C代表载体信息；K代表可选的公钥或私钥。载体信息嵌入了秘密信息之后变为X，通过信

6、道，由于受到人为的攻击、信道的干扰或者各种信号处理，到达接收端的信号变为Y。在接收端，从信号Y中提取出隐藏了的信息C′和S′。如果没有解密密钥，攻击者则很难从载体中提取秘密信息。图1信息隐藏的基本模型3.以DNA序列为载体的信息隐藏算法根据图1的信息隐藏模型，本文提出主要经由信息的预处理编码，选取密钥K和合适的DNA序列片段嵌入秘密信息，最后检测和提取的基于DNA序列的信息隐藏算法。从构成上看，DNA是由核苷酸组成的一种生物大分子。核苷酸含有4种不同的碱基：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。DNA双螺旋结构连接

7、的方式是按照碱基[1]互补配对的原则，即A与T始终配对存在；G与C始终配对存在。3.1信息的预处理既然DNA序列片段是由A、G、C、T组成的一维字符序列，待隐藏的信息显然要转换成A、G、C、T组成的一维字符序列。根据英文字母分布的不均匀性，使A、G、C、T均匀分布，构造表1作为置换表。例如，A用CGA表示，空格用ATA表示。表1置换表ACGABCCACGTTDTTGEGGCFGGTGTTTHCGCIATGJAGTKAAGLTGCMTCCNTCTOGGAPGTGQAACRTCASACGTTTCUCTGVCCTWCCGXCTAYAAAZC

8、TT,TCG.GAT:GCT0ACT1ACC2TAG3GCAA4GAG5AGA6TTA7ACA8AGG9GCG_ATA我们就拿“JUNE6_INVASION:NORMANDY”作为嵌入的秘密信息，它的长度为23。根据上表