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연속적 차분 확장 기반 가역 DNA 워터마킹
Consecutive Difference Expansion Based Reversible DNA Watermarking 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.7, 2015년, pp.51 - 62  

이석환 (동명대학교 정보보호학과) ,  권기룡 (부경대학교, IT융합응용공학과)

초록
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대용량의 DNA 정보 저장, DNA 서열 저작권 보호를 위한 DNA 워터마킹, 및 비밀 통신을 위한 DNA 스테가노그라픽에 대한 관심이 증대되면서, 원본 DNA 서열의 기능 유지와 복원이 가능한 가역성 DNA 워터마킹이 필요하다. 본 논문에서는 비부호영역 DNA 서열을 이용한 DE(Difference expansion) 기반 가역 DNA 워터마킹 기법을 제안한다. 가역 DNA 워터마킹에서는 생물학적 기능 변경이 없고, 문자 형태의 서열 내에 대용량의 데이터를 은닉하여야 하며, 원본 DNA 서열이 복원되어야 한다. 제안한 방법에서는 문자 서열을 십진수 형태의 수치계수로 변환한 다음, 인접 수치 계수 쌍의 DE 기반 다중비트 은닉 방법(DE-MBE, DE based multiple bits embedding)과 이전 은닉 수치계수를 예측으로 한 연속 DE 기반 다중비트 은닉 방법들(C-DE-MBE, consecutive DE based multiple bits embedding)에 의하여 워터마크가 은닉된다. 은닉 과정에서는 워터마크된 서열에 의하여 부호영역을 나타내는 허위 시작코돈 발생을 방지하기 위하여 비교 탐색을 수행한다. 실험 결과로부터 제안한 방법이 기존 방법에 비하여 높은 은닉 용량을 가지며, 허위 시작코돈이 발생되지 않으며, 기준 서열없이 원본 DNA 서열이 복원됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Of recent interests on high capacity DNA storage, DNA watermarking for DNA copyright protection, and DNA steganography for DNA secret communication are augmented, the reversible DNA watermarking is much needed both to embed the watermark without changing the functionality of organism and to perfectl...

주제어

#Reversible DNA watermarking   #Difference expansion   #DNA steganography   #DNA storage   #Bioinformatics  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비유전적인 정보를 DNA 분자 매개물 내에 은닉하는 하는 기술에는 무엇이 있는가? DNA 컴퓨팅 기술과 더불어 비유전적인 정보를 DNA 분자 매개물 내에 은닉하는 하는 기술로, 비밀 메시지 전송을 위한 DNA 스테가노그라픽[1∼2], 장기간 대용량(Long-term Large-scale)의 유전체 메모리인 DNA 저장(DNA storage)[3],[4]은이 제시되고 있다. 특히 변이에 강인한 DNA 워터마킹[5]-[10]은 Heider 등이 제시한 DNA-Crypt 알고리즘 기반 이후 지금까지 연구되어지고 있다.
DNA 워터마크는 어떤 역할을 하는가? 특히 변이에 강인한 DNA 워터마킹[5]-[10]은 Heider 등이 제시한 DNA-Crypt 알고리즘 기반 이후 지금까지 연구되어지고 있다. DNA 워터마크는 GMO(genetically modified organisms)의 비인가 사용을 식별하거나 야생형 게놈(wild type genome)과 인공 게놈(artificially designed genome)를 구분하거나, 은닉된 태그의 PCR 증폭과 시퀀싱에 의한 추적과 에이전트, 고립(isolate), 변형(strain)을 식별하는 방법을 제공한다.
DNA 워터마킹 중 비부호 DNA 워터마킹에서는 허위 개시코돈(false start codon)이 발생되지 않도록 해야하는 이유는? 기존 방법들은 원본 서열 길이를 유지하나, 허위 개시코돈 방지를 고려하지 않고, 비블라인드이거나, 매우 낮은 용량을 가진다. 부호 DNA 서열의 개시를 나타내는 ‘ATG’의 메티오닌(Methionine) 개시코돈(start codon)에 의하여 리보솜에서 단백질 번역이 시작된다. 비부호 DNA 서열이 워터마크에 의하여 개시코돈으로 변경될 경우, 단백질로 잘못 번역된다. 따라서 비부호 DNA 워터마킹에서는 허위 개시코돈(false start codon)이 발생되지 않도록 하여야 한다.
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참고문헌 (15)

  1. C. T. Clelland, V. Risca, C. Bancroft, "Hiding messages in DNA microdots," Nature, vol. 399, pp. 533-534, June 1999. 

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  2. D. Tulpan, C. Regoui, G. Durand, L. Belliveau, and S. Leger, "HyDEn: A hybrid steganocryptographic approach for data encryption using randomized error-correcting DNA codes," BioMed Research International, Article ID 634832, 2013. 

  3. J. Cox, "Long-term data storage in DNA," TRENDS in Biotechnolgy, vol. 19, no. 7, pp. 247-250, July 2001. 

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  4. N. Goldman, P. Bertone, S. Chen, C. Dessimoz, E.M. LeProust, B. Sipos, E. Birney, "Towards practical high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA," Nature, vol. 494, pp. 77-80, Feb. 2013. 

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  5. D. Heider and A. Barnekow, "DNA Watermarks - A proof of concept," BMC Bioinformatics, vol. 9, no. 40, April 2008. 

  6. M. Liss, D. Daubert, K. Brunner, K. Kliche, U. Hammes, A. Leiherer, and R. Wagner, "Embedding Permanent Watermarks in Synthetic Genes," PLOS ONE, vol. 7, issue 8, e42465, doi/10.1371/journal.pone.0042465, Aug. 2012. 

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  7. S.-H. Lee, "DNA sequence watermarking based on random circular angle," Digital Signal Processing, vol. 25, pp. 173-189, Feb. 2014. 

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  8. S.-H. Lee, "DWT based coding DNA watermarking for DNA copyright protection," Information Sciences, vol. 273, pp. 263-286, July 2014. 

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  9. S.-H. Lee, K.-R. Kwon, and S.-G. Kwon, "A Robust DNA Watermarking in Lifting Based 1D DWT Domain," Journal of The Institute of Electronics Engineers of Korea, vol. 49, no. 10, pp. 91-101, Oct. 2012. 

  10. S.-H. Lee, S.-G. Kwon, and K.-R. Kwon, "Robust DNA Watermarking based on Coding DNA Sequence," Journal of The Institute of Electronics Engineers of Korea, vol. 49, no. 2, pp. 123-133, March 2012. 

  11. T. Chen, "A Novel Biology-Based Reversible Data Hiding Fusion Scheme," Frontiers in Algorithmics, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4613, pp 84-95, 2007. 

  12. Y.-H. Huang, C.-C. Chang, and C.-Y. Wu, "A DNA-based data hiding technique with low modification rates," Multimedia Tools and Applications, vol. 70, issue 3, pp 1439-1451, June 2014. 

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  13. H.J. Shiu, K.L. Ng, J.F. Fang, R.C.T. Lee, and C.H. Huan, "Data hiding methods based upon DNA sequences," Information Sciences, vol. 180, issue 11, pp. 2196-2208, June 2010. 

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  14. J. Tian, "Reversible data embedding using a difference expansion," IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 13, issue 8, pp. 890-896, Aug. 2003. 

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  15. D. Coltuc, "Improved Embedding for Prediction-Based Reversible Watermarking," IEEE Trans. on Information Forensics and Security, vol. 6, no. 3, pp. 873-882, Sept. 2011. 

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