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隐私保护DNA序列汉明距离计算问题 预览

Privacy preserving Hamming distance computing problem of DNA sequences
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摘要 DNA序列承载着人体重要的生物学信息,如何在保护隐私的情况下正确地对不同的DNA序列进行比对,成为亟待研究的科学问题。汉明距离在一定程度上刻画了两个DNA序列的相似程度,在保护隐私的情况下,研究DNA序列的汉明距离计算问题。首先定义了DNA序列的0-1编码规则,该规则将长度为n的DNA序列编码成长度为4n的0-1串,证明了两个DNA序列的汉明距离等于它们的0-1编码串的汉明距离的一半。以此结论为基础,以GM加密算法为主要密码学工具,构造了计算DNA序列汉明距离的一个安全两方计算协议。在半诚实攻击者模型下,证明了协议的正确性,给出了基于模拟器的安全性证明,并对协议的效率进行了分析。 DNA sequences carry important biological information of human bodies,how to compare multiple DNA sequences correctly with privacy preserving is an important problem.To a certain extent,Hamming distance characterizes the similarity between two DNA sequences.Therefore,the privacy preserving Hamming distance computing problem of DNA sequences was researched.First of all,the“0-1 Coding”of the DNA sequence was defined,which codes the DNA sequence with length n to a 0-1 string with length 4n,proving that the Hamming distance of two DNA sequences is a half of the Hamming distance of their“0-1 Coding”strings.Then,with the help of this conclusion,with the Goldwasser-Micali(GM)encryption algorithm taken as main encryption tool,a secure two-party computation protocol for computing the Hamming distance of two DNA sequences was proposed.It was shown that the protocol is both secure and correct under semi-honest attacker model.The proof of security based on a simulator was given.After then,the efficiency of the protocol was analyzed.
作者 马敏耀 徐艺 刘卓 MA Minyao;XU Yi;LIU Zhuo(School of Mathematics and Big Data,Guizhou Education University,Guiyang Guizhou 550018,China;Key Laboratory of Cyberspace Security,Guizhou Education University,Guiyang Guizhou 550018,China)
出处 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第9期2636-2640,共5页 journal of Computer Applications
基金 贵州省科学技术基金计划项目(黔科合基础[2016]1115,黔科合基础[2019]1249) 贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY字[2016]220,黔教合KY字[2017]210,黔教合KY字[2018]260)。
关键词 汉明距离 DNA序列 隐私保护 安全多方计算 同态加密 Hamming distance DNA sequence privacy preserving secure multi-party computation homomorphic encryption
作者简介 通信作者:马敏耀(1979—),男,贵州威宁人,副教授,博士,CCF会员,主要研究方向:密码学、信息安全,电子邮箱:minyaoma2006@163.com;徐艺(1986—),女,贵州石阡人,讲师,博士研究生,主要研究方向:密码学、信息安全;刘卓(1987—),女,河南驻马店人,讲师,博士研究生,主要研究方向:密码学、信息安全。
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