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        作者:趙永新 黃今秀 來源:人民日報 發布時間:2020/2/10 9:26:44
        選擇字號:
        在密碼學研究方面不斷創新突破——
        女密碼學家的成功密碼

         

        隨著信息技術的大規模應用和數字經濟的加速發展,密碼學的重要性日益凸顯。近年來,一位土生土長的中國女密碼學家備受矚目,她就是榮獲2019年未來科學大獎的首位女科學家,清華大學和山東大學雙聘教授王小雲。

        她先後破解了此前十多年被公認爲牢不可破的密碼學兩大支柱算法——哈希函數MD5和SHA—1,使得這兩大國際標准被逐步淘汰;她主持了中國國家標准密碼哈希函數SM3的設計,該標准算法自2010年發布以來已在國內許多重要領域使用,並于2018年成爲ISO/IEC國際密碼算法標准。

        接連破解多個著名密碼學算法,震驚世界

        2004年8月中旬,作爲國際兩大頂級密碼學會議之一的美國密碼會議在美國加州聖巴巴拉舉行。8月17日晚,大會主席吉姆·休斯教授特意爲王小雲安排了一場特別報告。當晚,王小雲宣布了她和自己的研究小組近年來的研究成果——對MD5、HAVAL—128、MD4和RIPEMD等四個著名密碼哈希函數算法的破解結果。當她講到第三個成果時,掌聲四起,以至于報告不得不一度中斷。王小雲講完後,來自各國的密碼學專家報以長時間的熱烈掌聲;許多人更是站起來,向這位來自中國的密碼學家表達敬意。

        此前,MD5一直被認爲是牢不可破的,王小雲的研究成果讓國際密碼學界倍感震驚。國際著名PGP公司負責人菲利普·齊默曼在會議現場當衆對她說:“就憑這一成果,你可以在美國任何一所大學獲得職位。” MD5的設計者、國際著名密碼學家、圖靈獎得主羅納德·李維斯特在郵件中寫道:“雖然我不願看到MD5倒下,但人們必須推崇真理。”

        此次大會總結報告中有這樣一段文字:“我們該怎麽辦?MD5被重創了,它即將從應用中淘汰。SHA—1仍然活著,但也見到了它的末日。”

        僅過了半年時間,王小雲再次驚豔國際密碼學界。2005年2月在美國召開的國際信息安全大會上,包括三位圖靈獎得主在內的五位國際密碼學家當衆宣布:“王小雲等成功破解了SHA—1!”

        這兩大突破在國際密碼學界引發的反響可以用“地震”來形容。圖靈獎得主阿迪·沙米爾指出:“SHA—1的攻擊將引發巨浪……無論如何,這動搖了我們對電子簽名安全的信心。” 2006年,美國數學會發表文章指出:王小雲等的工作是對“MD5的最後一擊”。

        MD5和SHA—1一直被國際公認爲最安全、最先進也是應用範圍最廣泛的兩大哈希函數算法。按照常規方法,即使調用當時最快的大型計算機,也要運算上百萬年才有可能被破解。王小雲的工作讓國際同行不得不接受一個殘酷的事實:電子簽名是可以被有效僞造的,設計更爲安全的哈希函數標准迫在眉睫!美國國家標准與技術研究所專門舉辦了兩次研討會,以應對兩大算法破解帶來的安全威脅,並于2006年出台新的哈希函數使用政策:“聯邦機構在2010年以前必須停止SHA—1在電子簽名、數字時間戳和其他一切需要抗碰撞安全特性的密碼體制的應用。”

        中國女學者王小雲的名字,與多位圖靈獎得主一起,載入國際密碼學界的史冊。

        初心始終,十年磨一劍

        這些震驚世界的突破性成果,是如何取得的?

        1993年,王小雲在山東大學博士畢業留校任教,一邊給學生上課一邊從事公鑰密碼學研究。1996年,經與研究公鑰密碼的同校教師李大興商量,她轉爲研究當時國內無人從事的哈希函數,並很快登堂入室。當時山大的辦公條件有限,老師們大都沒有辦公室,王小雲通常上完課就回家研究。

        做哈希函數的安全性分析,離不開計算機編程,同時還需要不停打印她獨創的“比特分析法”表格。“那時山大數學系機房裏只有一台打印機,每次打印都要排隊,一個來回半天時間就沒有了。”王小雲說,爲節省時間,她就和愛人商量,把家裏所有的存款1萬多塊錢取出來,買了計算機、打印機和掃描儀,在自家的辦公桌上搭建起工作平台。

        就這樣,王小雲每天在自己的書房裏推導數學難題、演算哈希函數的破解方法。實在想不出來的時候,她就到客廳裏拖拖地、擇擇菜……邊幹活兒邊想,一有靈感就跑到電腦前繼續工作。“破解最關鍵的那個階段,我家的地板每天都被我拖三遍,地板亮得能照出人影。”

        陪伴王小雲破解密碼的,還有花。

        受母親的影響,王小雲從小就喜歡花,只要是好看的都喜歡。蘭花、牡丹、梅花……家裏養的花多達數十盆。“推導數學難題、破解密碼算法比較熬人,需要找一件事情讓自己放松、休息。”王小雲說,“澆水、種花可以換換腦子,讓我思維更快一點。”

        就這樣日複一日、年複一年,王小雲相繼在家中攻破了SHA—0、MD4、HAVAL—128、RIPEMD、MD5、SHA—1等哈希函數算法。盡管她的工作在國際上引發巨大轟動,但國內知道的人並不多,連她的閨蜜都說:知道你很會做數學題,但沒想到做了這麽重要的工作。

        “我自己也沒覺著自己的工作有多麽了不起,每次破解一個算法後也就和家人私下高興幾天,然後繼續過日子了。” 王小雲說。

        淡泊名利,推動我國密碼學邁向前沿

        2005年,爲更好地開展工作,應清華大學邀請,王小雲受聘于清華大學高等研究院,舉家搬到了北京。

        鑒于她在密碼學研究上的突破性貢獻,2006年王小雲先後獲得“陳嘉庚科學獎”“求是傑出科學家獎”等獎項。“很多朋友都問我:‘你拿了那麽多獎,獎金都是怎麽花的?’”王小雲笑說,“部分捐給我愛人了。”

        之所以這麽說,是因爲當時王小雲愛人剛到清華,科研經費短缺,而他從事的生物醫學研究則需要很多專業設備。“十年前,他義無反顧地支持我,爲我提供了最有力的支持。現在他需要錢了,我就從那些獎金裏拿出一部分,支持他做研究。如今他已經在生物醫藥開發方面取得重要進展,和我的工作一樣,都是原創性的。”王小雲說,“我們家在生活上要求不高,過得去就行,對錢也看得比較淡。雖然這些年獲得了一些榮譽,但從頭到尾我都沒有想過錢,也沒有說爲了錢去做什麽,都是順其自然。”

        對于工作,她則將“順其自然”變成了“高標准、嚴要求”。“早些年做研究,是自己作爲大學教師的本職工作,但到了能夠做標准算法分析和破解的時候,就變成了國家的責任。”

        2007年,美國國家標准與技術研究所啓動了新哈希函數SHA—3的五年設計工程,當時美國的標准就是國際標准,如果誰設計的算法被采納,無疑將是密碼學家的最高榮譽。國際密碼學界都把目光投向王小雲,但她毅然放棄了這次難得的機會,帶領國內專家全力設計我國的第一個哈希函數算法標准SM3。

        SM3自2010年公布以來,其安全性得到國內外密碼專家的高度認可。

        “密碼理論與技術是網絡安全的核心,密碼學家的使命就是爲保護網絡與信息安全提供安全高效的密碼算法。”在王小雲看來,密碼學家的主要職責,一方面是設計出安全高效的算法,另一方面則要分析正在使用的密碼算法的安全性,一旦發現漏洞,立即設計新的能抵禦最新攻擊的密碼算法。“密碼學就是‘道高一尺、魔高一丈’,在編破對抗、循環往複中不斷發展的。”

        隨著近年來量子技術的快速發展,一些經典的密碼算法會因量子計算機的出現而受到攻擊。爲此,王小雲團隊在國內率先啓動了可以抵抗量子計算機攻擊的格密碼算法研究,並取得了重要的進展。

        如今王小雲依然工作在第一線,保持著到辦公室跟學生討論問題的習慣。“一個人的研究時間很有限,也就幾十年,只有培養出幸福彩票软件计划怎么样首页優秀的學生,才可以讓中國的密碼研究持續走在世界前列。”王小雲很欣慰,“在我的團隊中,已經有可以和世界頂尖密碼學家對話的學生了。”

         
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