Hamming Code Algorithm for Biological Error Correction

Leea, Ui Jin

doi:10.5757/ASCT.2026.35.2.81

Hamming Code Algorithm for Biological Error Correction

2026-03-01

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AI

DOI：10.5757/ASCT.2026.35.2.81

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脱氧核糖核酸（DNA）数据存储因其高信息密度和长期耐久性，作为传统数字存储介质的替代方案已引起广泛关注。然而，DNA合成、聚合酶链式反应（PCR）扩增和测序等生化过程不可避免地引入错误，这对可靠的数据恢复构成了重要挑战。本研究描述了一种基于经典汉明编码系统的抗错误DNA编码方案。具体而言，采用汉明码插入4个校验位，将表示单个字符的8位美国信息交换标准码（ASCII）数据扩展为12位码字，从而实现单比特错误的检测与纠正。随后，将生成的12位二进制码字通过基4编码方案转换为DNA序列，其中四进制符号0、1、2和3分别映射至腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶四种核苷酸。在解码过程中，利用汉明码固有的校验机制识别并纠正错误比特，从而实现原始数据的精确重构。此外，通过实验引入PCR诱导的DNA序列错误并进行分析，结果表明嵌入的汉明码能够在实际生化条件下有效检测并纠正错误。本研究表明，基本的数字纠错码可有效整合至基于DNA的存储系统中，提供一种模块化编码框架，可扩展至其他编码方案以实现可靠的DNA数据存储。

Keyword:

Deoxyribonucleic acid

Data storage

Deoxyribonucleic acid data storage

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Hamming Code Algorithm for Biological Error Correction

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