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多方协同DNA安全信息存取:迈向DNA-硅基混合存储设施

Multi-party collaborative secured DNA data storage and access:toward a hybrid DNA-silicon storage facility

二维码有效期 120s

摘要随着大数据时代的到来,传统硅基存储面临密度低、能耗高、寿命短等瓶颈,DNA存储技术凭借其超高密度(理论上可达EB/g级)和千年级稳定性成为颠覆性解决方案.然而,现有研究多聚焦单方场景,多方协同下的安全存取、高效编解码及生物兼容性等关键问题亟待突破.在此背景下,国家重点研发计划"合成生物学"重点专项支持了《多方协同合成基因信息安全存取方法研究》青年科学家项目.本项目提出了一种融合对称-非对称混合加密编码架构与工程菌株生物兼容性设计的DNA存储系统(MSP-DNA),首次实现了多方协同场景下的数据动态管理与生物安全性增强.通过构建基于Merkle-DAG的增量存储模型,系统将基因编辑操作降低90%以上;开发的BO-DNA编码算法通过混沌映射优化大幅度抑制非特异性杂交误差,存储密度达1.77 bit/nt.结合CRISPR-Cas和Argonaute核酸酶双认证检测平台,系统实现0.1 fmol/L级灵敏度的信息检索.研究结果表明,工程化放线菌底盘在极端环境下的数据稳定性得到显著提升,安全加密方法可以有效抵抗多种密码学攻击,并对 DNA 存储过程产生的数据错误有一定纠错能力.本研究为下一代生物-电子融合存储基础设施建设提供关键技术支撑,助力破解"冷数据"长期存储与"热数据"实时访问的协同创新难题.

作者刘家坤 ^[1] 尤迪 ^[2] 鲜于运雷 ^[3] 曲强 ^[4] 学术成果认领

作者单位中国科学院深圳先进技术研究院,广东深圳 518055;深圳大学医学部生物医学工程学院,广东深圳 518055 ^[1] 华东理工大学生物工程学院,上海 200237 ^[2] 浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州 310058 ^[3] 中国科学院深圳先进技术研究院,广东深圳 518055 ^[4]

关键词 DNA存储多方安全协同混沌加密 Merkle-DAG模型生物兼容性编码 CRISPR-Cas和Argonaute核酸酶双认证 DNA storage multi-party secure collaboration chaotic encryption Merkle-DAG model biocompatible encoding CRISPR-Cas/Argonaute dual nuclease authentication

分类号 Q819（生物工程应用）

栏目名称

项目总结

DOI 10.12211/2096-8280.2025-067

发布时间 2026-05-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

基金项目

国家重点研发计划（2020YFA0909100）