基于DNA的密码学和隐写术综述

摘要

本文全面调研了不同的脱氧核糖核酸（DNA）-基于密码学和隐写术技术。基于DNA的密码学是一个新兴领域，利用DNA分子的大规模并行性和巨大的存储容量来编码和解码信息。近年来，由于其相对传统密码学方法的潜在优势，如高存储容量、低错误率和对环境因素的抗性，该领域引起了极大关注。在本文中，我们回顾了三种类型的基于DNA的密码学：自然DNA密码学、伪DNA密码学和基于DNA的隐写术。对于每种技术，我们讨论了其优势和局限性，以及未来的研究方向。我们的目标是为更好地了解使用DNA进行密码目的的应用和限制做出贡献。我们相信我们的分析对于致力于开发使用DNA分子进行安全数据传输的新技术的研究人员将会有所帮助。

索引术语： DNA，DNA计算，密码学，隐写术，安全。

I. 引言

脱氧核糖核酸（DNA）是地球上所有生物储存和传递遗传物质的生物介质。通过延伸，DNA以提供生物信息的不断演变的特性，使细胞具备发展成各种生物的能力，从而使其自身成为计算机利用的工具。其强大之处体现在其令人印象深刻的存储能力——一盎司的DNA，相当于放在一枚硬币上的量，可以存储30,000太字节（TB）的内存，持续长达100万年[1]。此外，在初始设置后，DNA具有在进化过程中无需任何干预即可复制和组装自身的能力。DNA的这些特征展示了其作为数字信息传输介质的廉价计算能力和效率。

因此，DNA计算已经发展起来，利用DNA在计算机科学和数学应用中的自然能力，揭示了新的令人兴奋的计算可能性。L.M. Adleman于1994年提出了DNA计算的概念[2]。在他的工作中，Adleman将DNA呈现为数据存储和并行计算的介质。为了演示DNA作为可能的计算介质的用途，他将一个NP完全的哈密顿路径问题编码成DNA分子。这项工作之所以引人注目，是因为它使用只有DNA和分子操作就解决了所提出的哈密顿路径问题的实例。从那时起，DNA计算已经成为解决传统难题的研究热点。DNA密码学随着DNA计算的发展而成为该领域中的一项重要专业。

密码学领域关注数据保护和安全通信，可以追溯到几千年前在古埃及的根源[3]。到今天，密码学仍然是信息安全的一种流行和必要手段。因此，研究人员关注新发现的领域，试图增强数字空间中的信息安全性。DNA作为一种媒介，扩展和改进密码学，自然而然地适应了这一需求。C.T. Clelland、V. Risca和C.T. Bancroft于1999年首次探索了DNA与安全通信之间的联系。提出了一种隐写术方法，将秘密消息隐藏在DNA链中[4]。在