本项发明涉及生物计算与DNA纳米技术,介绍了一种创新的基于DNA纳米结构的逻辑元件,并探讨了其在制造真随机数生成器方面的应用。该逻辑元件利用DNA纳米技术的独特性质,为生物计算机技术的发展提供了新的可能性。
背景技术
在信息技术高度发展的今天,对随机数的需求与日俱增。传统的计算机随机数生成器多为伪随机数生成器,其结果是由确定的算法和初始种子决定的,具有一定的可预测性,由于用于生成随机值的所有软件算法都基于数学公式工作,因此它们的输出将以伪随机的形式出现,即使是最强的公式也会在一段时间后重复输出。在一些对随机性要求极高的领域,如密码学、量子物理研究、安全通信和蒙特卡洛模拟等,这种伪随机性可能会带来安全隐患或影响模拟结果的准确性。因此,寻找真正的随机数生成方法成为迫切需求。
真正的随机数生成过程是真正随机的并且不允许所生成的序列被以任何方式预测,这些生成器被称为真随机数生成器(TRNG)。为了生成真实的随机值,对自然噪声源的需求是指噪声源在当且仅当来自物理环境时才能可靠地用于随机数生成器。例如公开号为CN106687916B的专利公开了一种通过光源生成光子的量子机制用于获得真随机数序列的随机数生成器,它具有作为量子系统本身的固有性质的测量事件的不确定性。但是,其随机数的生成式先通过电子采样装置来获得光子源,然后通过冯诺依曼算法来处理所述二进制序列,还需依赖算法判断随机,随机数生成结果并不能直接观察。
DNA折纸技术是利用DNA分子的特殊结构和碱基互补配对规则,将DNA长链的特定区域进行折叠,并用短链加以固定,构造出预期的结构;参考文献“FoldingDNAto createnanoscale shapes andpatterns.Nature,2006,440:297-302”,2006年,美国加州理工学院的科研团队成功地用DNA折纸术将噬菌体M13的基因组DNA作为长链,与两百多条短的单链DNA通过碱基互补配对原则,组装成了矩形、三角形、五角星和笑脸等多种二维平面图案。DNA折纸技术具有独特的性质,为随机数生成提供了新的思路。DNA分子的自组装过程受到多种因素的影响,包括温度、离子浓度、溶液pH值等,这些因素的微小变化都可能导致不同的组装结果,这意味着基于DNA折纸技术可以产生具有高度不确定性的结构,从而有可能从中获取真正的随机数。并且,DNA作为一种生物分子,具有高度的稳定性和可操作性,为随机数的生成和存储提供了可靠的物质基础。
实现思路