面向公钥密码系统的可扩展DNA生物计算模型研究与探索

DNA computing not only provides a new storage and encryption mode, but also offers the solutions for the NP hard problems in the cryptanalysis. However,with the further study, DNA computing's unextendible property has hampered its more wide and depth application in the cryptanalysis and has also restrained the DNA computing's further development.Hence,the main work of our research is as follows: to start with, we will research the DNA computing's parallel information processing mechanism and biological characteristics for establishing the the DNA computing model's evaluation system.What is more,considering the characteristics of basic biology operation and public key cryptanalysis, we will provide a new DNA computing model for the public key cryptanalysis. Last but not least, based on the new DNA computing modul, classic designing algorithms will be used in the DNA computing, new algorithms for the three critical problems of the public key cryptanalysis will be designed.The new algorithms are all based on the proposed new model and have good scalability.Our research will not only rich the contents of the public key cryptanalysis and the DNA computing, but also is of great scientific meaning and important thechnically value to the deep study of DNA computing's potentical applications.

现今DNA计算不仅提供了一种新的存储和加密模式，而且成为密码分析学中众多难解问题的重要解决方案。然而随着研究的逐渐深入，DNA 计算的不可扩展性阻碍了其在密码学中更广泛、更深入地应用，并已成为DNA 计算进一步发展的巨大障碍。为此，本课题拟开展如下研究工作：①研究DNA计算的信息处理机制和生物特性，建立DNA计算模型评价体系；②综合考虑DNA计算中基本生物操作及公钥密码系统的特性，提出公钥密码分析的可扩展DNA计算新模型；③基于提出的DNA计算新模型，将经典的算法设计技术引入到DNA计算中，针对公钥密码系统的三大难题(离散对数、椭圆曲线问题及大数因子分解问题)，设计可扩展DNA计算新算法。本项研究将丰富公钥密码分析学及DNA计算的研究内容，对进一步挖掘DNA计算的应用潜力具有重要理论价值和科学意义。

DNA计算作为一种非传统的高性能计算方法，其不可扩展性已经成为DNA 计算进一步发展的巨大障碍。为此，我们首先研究了DNA计算的信息处理机制和生物特性，建立DNA计算模型评价体系；其次，综合考虑DNA计算中基本生物操作及特性，提出可扩展DNA计算新模型；最后，基于提出的DNA计算新模型，将经典的算法设计技术引入到DNA计算中，针对经典的NP问题如最大团、顶点覆盖、精确覆盖等问题，设计可扩展DNA计算新算法。此外，本课题还研究了传统的高性能计算方法，针对数据管理领域中的重要操作如skyline查询和top k查询问题进行研究，分别提出一种自适应的分布式不确定skyline查询算法、基于不完整数据的skyline查询算法及不确定数据集的top-(k,l) 范围查询的高性能算法。而针对异构计算系统中的调度问题，分别从降低能耗和容错方面考虑，提出异构环境下的节能调度和容错动态调度算法。本项目研究成果，不仅丰富DNA计算、数据管理领域的研究内容，而且具有很高的学术价值和实际意义。