基于混沌系统和动态DNA编码与运算的彩色图像加密算法

现有结合混沌系统和DNA计算的图像加密算法因DNA编码规则和运算规则单一、加密结构安全性低,导致算法易被破解。为此,提出一种结合Intertwining Logistic映射和动态DNA编码与运算的彩色图像加密算法。该算法包括置乱阶段和扩散阶段,在置乱阶段,利用模拟退火算法构造的置乱序列分别对彩色图像信道进行行和列置乱,得到置乱信道。在扩散阶段,先根据随机序列值动态选择各置乱信道每个像素点的DNA编码规则及运算规则,然后结合密文反馈机制进行DNA加密计算。实验结果表明,该算法具有良好的抗攻击能力及加密效果。     

基于聚类小生境遗传算法的DNA编码优化

DNA编码优化问题是DNA计算中的核心问题。分析DNA编码优化的约束条件,在单链DNA序列集合上引入h距离,将聚类小生境技术应用于小种群遗传算法的构造,对DNA编码优化问题进行求解。基于h距离定义DNA序列间的相似函数,将碱基字母编码为4进制整数、DNA编码序列作为个体编码为4进制整数向量、种群编码为4进制整数矩阵,基于模4算术运算,构造相应的遗传算子,并给出DNA编码序列的具体计算结果。实验结果表明,与现有DNA编码序列优化结果相比,该算法可得到更好的DNA编码序列且计算效率较高。     

DNA编码限制条件与编码策略

以评价DNA编码的基本限制条件之一——Hamming距离为出发点分析了DNA编码的三个参量：码字个数、码字长度与Watson-Crick Hamming距离,并得到它们之间的内在联系;讨论了Watson-Crick Hamming距离与DNA码字重量之间的关系;在此基础上得到了DNA编码的编码策略;提出了适合DNA编码的改进Watson-Crick Hamming距离及DNA编码模块化的定义,对DNA编码的优化做出了详细分析,为DNA计算的发展注入了活力。     

最小自由能约束的DNA编码设计研究

首先介绍了DNA编码设计中自由能约束的重要性,以及自由能约束的计算公式,进而采用一种改进的蚁群优化算法来求解。仿真实验表明此算法产生一组能满足特定自由能约束和统一的解链温度约束的DNA序列,算法利用蚁群算法的并行性提高了编码设计算法的效率,利用最小自由能约束产生更稳定的DNA序列。     

基于汉明距离的DNA编码约束研究

DNA计算是将现实问题进行编码映射到DNA分子上,通过生物实验产生出代表问题的解的DNA分子,最后通过检测技术提取出该DNA分子。高质量的DNA编码可以尽可能避免或减少计算过程中出现的错误,并使检测阶段易于提取出代表问题的解的DNA分子。对DNA编码约束进行了研究,分析了基于汉明距离的编码约束可以有效降低DNA分子间相似程度,减少DNA计算过程中DNA分子间的相互干扰,从而提高DNA计算的有效性和可靠性。还证明了基于汉明距离的编码约束存在等价的序列组合,降低了编码计算的复杂度。     

基于DNA编码和超混沌系统的图像加密算法

针对DNA编码规则单一和混沌加密算法对密钥的灵敏度低等问题,提出一种基于DNA编码和超混沌系统的图像加密方案。该算法首先使用SHA-3算法计算明文图像的哈希值,用于超混沌系统的初始值,增加明文敏感性;其次将图像转换为DNA序列,并与所构建的S盒子进行DNA序列运算;最后用超混沌系统产生的序列对图像进行置乱。结果和理论分析表明,该算法不仅提高了密钥敏感性和传输数据的安全性,而且具有较好的抗穷举攻击、统计攻击和差分攻击能力。     

基于DNA计算的命题逻辑推理算法

通过讨论DNA计算的生物机理和表面DNA计算中的荧光标记策略的基本原理,利用表面DNA计算的思想,对数理逻辑中的命题推理进行了研究,给出了一种合适的DNA编码策略,提出了一种新的对一般的命题公式的推理算法。新方法利用荧光猝灭技术,通过观察表面DNA分子链中猝灭程度来排除非可行解。最后通过事例分析了算法的基本过程,说明了该方法的普适性和可行性。     

基于文化遗传算法的DNA编码序列设计

DNA编码问题是DNA计算的关键,然而,它已被证明为NP困难问题,通常采用优化算法求解。针对传统遗传算法缺乏有效指导,容易陷入局部极值的缺点,结合文化算法采用种群空间和信念空间的双层进化结构进行寻优,提出了一种基于遗传算法和文化算法的混合优化算法用于解决DNA编码问题。仿真结果表明该混合算法能有效地用于DNA编码序列设计。     

DNA编码问题及其复杂性研究*

高质量的DNA编码可以避免DNA分子间的非特异性杂交,提高DNA计算的有效性和可靠性。首先对DNA编码的约束条件进行归类,分析了各编码约束对编码质量的影响;然后研究了编码质量、编码数量、序列长度与DNA计算可靠性、有效性、可扩充性之间的关系;最后通过类比DNA编码问题和图的独立集问题,说明了求解最大DNA序列集合问题是NP完全的。     

一种基于编码等价变换和遗传算法的DNA序列优化设计

针对DNA计算中的DNA序列设计问题,基于6个DNA序列设计约束条件,将DNA序列设计问题转化为多目标优化问题,提出小生境遗传算法进行求解。算法利用DNA序列设计中的相似性约束与H-测度约束,在单链DNA序列集合上定义共享函数,利用两种类型的编码等价变换以及模4算术运算,构造了5个遗传算子,并给出具体的DNA序列设计结果。通过比较,算法可以得到质量更好的DNA序列,且在种群规模与进化代数方面具有更高的计算效率。     

DNA计算中编码序列的过滤函数研究

构造了用于DNA编码序列过滤的函数,并给出了DNA序列编码的算法,采用该文设计的过滤函数和算法所得到的DNA编码序列,能够满足一定的组合约束条件,并满足一定热力学条件,大大提高了DNA编码字的质量,有利于提高DNA计算的可靠性。     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅲ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法.从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展.本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力.本文主要介绍DNA剪接计算模型的文法结构和剪接计算方法，探讨了不同DNA剪接计算模型的计算能力，证明了所有图灵机可计算的函数理论上都可以通过DNA剪接计算模型来计算.     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅱ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展。本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力。本文主要介绍DNA分子粘接计算模型的文法结构和计算方法，探讨了不同粘接计算模型的计算能力，并证明了DNA有穷自动机与正规文法的等价性。     

基于改进的粒子群遗传算法的DNA编码序列优化

在DNA计算中,DNA编码序列的设计是影响DNA计算可靠性的重要手段.在不同的DNA序列设计中,应该选择适当的约束条件,并且根据相应的约束条件提出每个DNA应该相应满足的评估公式.文中从DNA编码设计应满足的多约束条件中选取适当的约束条件,提出评估公式,并采用改进的粒子群遗传算法来解决多目标优化问题.同时根据得到的序列与已有序列在综合适应度函数结果上进行对比,结果证明了该方法的有效性.     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅰ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展。本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力。本文主要介绍常用DNA分子操作方法，并根据DNA分子的结构及特点，给出了DNA分子的形式化描述。     

DNA计算的原理及应用

DNA计算是一种新的计算模式,它具有高度的并行性.本文介绍了DNA计算的机理和应用,并重点讨论了DNA计算在解决NP-完全问题中的应用模型,最后讨论了DNA计算目前存在的问题和展望.     

DNA计算的研究进展及展望

DNA计算是在计算科学和分子生物学的基础上发展起来的一个新颖而极具发展潜力的学科。由于它具有信息处理的巨并行性、低耗能以及高存储密度等特点,DNA计算已被广泛应用于解决各种复杂性计算问题以及模拟电子计算机进行四则运算。DNA计算机的研制也正在向着实用化阶段迈进。综述了当前DNA计算的运行机理与计算模型,重点讨论了当前研究的热点与难点问题,并对未来的发展进行了展望。     

微流控DNA计算的研究进展及展望

DNA计算机具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力,被认为有望解决电子计算机所面临的瓶颈问题。微流控技术提供了一个可实现自动化操作、通用型DNA计算机的支持平台。借助于微流控技术,将DNA计算相关的生化反应有机地集成在芯片平台上加以实现,进一步提高了DNA计算的可靠性、减少了实验过程的手工操作和反应时间。在介绍DNA计算机的基本概念和微流控技术基础上,围绕微流控DNA计算机的原理、模型和应用等关键问题,分析了微流控DNA计算机的体系结构及设计方法,讨论了微流控DNA计算机未来可能的发展方向。     

Application of a novel IWO to the design of encoding sequences for DNA computing

Encoding and processing information in DNA-, RNA- and other biomolecule-based devices is an important requirement for DNA based computing with potentially important applications. To make DNA computing more reliable, much work has focused on designing the good DNA sequences. However, this is a bothersome task as encoding problem is an NP problem. In this paper, a new methodology based on the IWO algorithm is developed to optimize encoding sequences. Firstly, the mathematics models of constrained objective optimization design for encoding problems based on the thermodynamic criteria are set up. Then, a modified IWO method is developed by defining the colonizing behavior of weeds to overcome the obstacles of the original IWO algorithm, which cannot be applied to discrete problems directly. The experimental results show that the proposed method is effective and convenient for the user to design and select effective DNA sequences in silicon for controllable DNA computing.     

DNA计算中的信息安全技术

DNA计算是一种模拟生物分子的结构并借助于分子生物技术进行计算的新模式。它引入了崭新的数据结构和计算方法,为解决NP完全问题提供了全新的途径。由于DNA计算具有信息处理的高并行性、低能耗及高存储密度等优点,对传统的基于计算安全的密码体系提出了挑战。DNA密码便是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。用DNA分子作为信息载体,以实现数据隐藏、认证、加密等安全技术。在简要回顾DNA计算原理的基础上,详细分析了基于DNA的一次一密方案以及Boneh用DNA计算机破解DES的方法;最后探讨在DNA计算中的信息安全技术。