密码学数据安全场景化研究--DNA结构回文序列与RSA加密结合

原创

太岁

修改于 2025-08-13 16:29:02

2431

（基于论文：Secure framework for IoT technology based on RSA and DNA cryptography ----Egyptian Journal of Medical Human Genetics）

理论小芝士：

DNA回文序列：在分子生物学中，DNA回文序列（Palindrome Sequence）是一种特殊的双链DNA结构，其特点是：两条互补链上的碱基序列在正读和反读时相同（需遵循碱基互补配对原则）示例：

5'-GAATTC-3'  → 正读序列
3'-CTTAAG-5'  → 互补链反向序列（从右向左读：5'-GAATTC-3'）

限制性内切酶识别：多数限制酶（如EcoRI）切割回文序列的中心位置。

5'-G↓AATTC-3'  
3'-CTTAA↑G-5'   // 切割后产生粘性末端

（那么问题来了，多数限制酶切割后会产生粘性末端。这个时候为了避免玩家攻击出题人，我们还是要严谨一点的，所以有没有方法可以去掉粘性末端呢？有的，兄弟，有的）

平末端切割

切割特点：在回文序列的对称中心点同时切断双链，产生平整末端

常见平末端回文序列：

限制酶	识别序列	切割位置
EcoRV	GATATC	GAT↓ATC
SmaI	CCCGGG	CCC↓GGG
HaeIII	GGCC	GG↓CC

这样一来，我们的题目就可以不用给什么c1，c2，n1，n2这些的了，全部写在一条链子上，中间用回文序列切割就可以了，到时候题目就给一根长DNA链子，嘻嘻

出题思路：

方法一： 按规则转换四进制数字 → DNA碱基：（0 → A, 1 → T, 2 → C, 3 → G）然后按RSA开打，信息用回文序列分割

方法二： DNA是二进制映射 → ATCG → 00 01 10 11 后续同上

方法三： 给出另一条DNA单链，要求用原来的DNA链（碱基互补配对）后续同上

方法四： 众所周知（~~其实我不知道，早忘了~~），DNA合成蛋白质的过程中，识别的是3个一组一组的（ATC,CCG,TCA）这样，用密码子去读，所以我们不妨拓展思路，以DNA编码合成的蛋白质链作为

AUG → 甲硫氨酸（Met，起始密码子）
UAA, UAG, UGA → 终止密码子（不编码氨基酸

难点：阅读框偏移，不固定开头起始位置，需要玩家自己去找AUG（密码子），但可能出现多个AUG，需要每个都试试

用最简单的方法一来示范一下：

就拿最简单的RSA举例：

from Crypto.Util.number import *
import gmpy2

flag = b"flag{Test123!}"
p = getPrime(128)
q = getPrime(128)
n = p * q
e = 65537
phi = (p-1)*(q-1)
d = pow(e, -1, phi)
m = bytes_to_long(flag)
c = pow(m, e, n)

def int_to_dna(num):
    quat = gmpy2.digits(num, 4)  # 转换为四进制
    mapping = {'0': 'A', '1': 'T', '2': 'C', '3': 'G'}
    return ''.join(mapping[d] for d in quat)

# 转换为DNA格式
e_dna = int_to_dna(e)
n_dna = int_to_dna(n)
c_dna = int_to_dna(c)

output = e_dna + "CCCGGG" + n_dna + "CCCGGG" + c_dna
print("DNA Output:")
print(output)

output：

DNA Output:
TAAAAAAATCCCGGGCAGGAGACAGGTATTAAGGCTTTTACGGTGATCACCTGTACAAAGTCGCGTATTTTACATAGATCTATGAGACGATAGCGCATCAGTAAGACATCGTGGTATAGAATCCTTAACACAGCTAGTCGGCGCCCGGGTTTTTTAGGTAGTTCACTCGTTCAGCGTCCCTCCGTGTCGTGTCAGCTGGCCGCGCAATCGAAAACTGAAGTTTTGCGTTACACTTTGCCGCCCGAACTCAGCGCTATATGTCGTTAAGGTGATTCTA

然后解密：