丁津泰
人物介紹
丁津泰,，美國耶魯大學(xué)博士，曾任辛辛那提大學(xué)威廉·塔福特教授,，現(xiàn)任清華大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)中心和北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院雙聘教授,。早期主要從事量子仿射代數(shù)、表示論的研究工作,，目前的研究方向是后量子密碼學(xué),。曾三次擔(dān)任國際后量子密碼學(xué)會議的聯(lián)席主席，是國際上多變量密碼學(xué)著名學(xué)者之一,。
回歸
2021年3月,，國際后量子密碼學(xué)者丁津泰教授回到了闊別30年的祖國，加入由丘成桐教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心和北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院,，參與清華大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)科建設(shè),。
半年過去，他組建的丁實驗室（Ding Lab）已經(jīng)十分完備,。該團隊由近10位研究人員組成,，專注于后量子密碼,、隱私計算及相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，并計劃在未來繼續(xù)招收更多博士后以壯大科研團隊,。產(chǎn)學(xué)研合作正進行得如火如荼,，國內(nèi)多家機構(gòu)向他伸出橄欖枝，與國內(nèi)學(xué)者的跨領(lǐng)域合作,，也在順利推進,。
密碼學(xué)，正逐漸脫去神秘的外衣,，從小范圍應(yīng)用于涉密機構(gòu),，發(fā)展為廣泛地應(yīng)用于民用、商用,、公共領(lǐng)域等方面,，服務(wù)于互聯(lián)網(wǎng)時代的每個普通人。在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過程中,，公鑰密碼算法是最重要的技術(shù)保障,，也是互聯(lián)網(wǎng)時代網(wǎng)絡(luò)信息安全的基石。
隨著量子計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展,，傳統(tǒng)公鑰密碼算法面臨巨大安全威脅,。經(jīng)典計算機需要數(shù)百年才能破解的公鑰密碼算法，在量子計算機面前,，將變得不堪一擊,。后量子密碼是為了應(yīng)對量子計算機攻擊而誕生的密碼學(xué)新分支。學(xué)術(shù)界普遍認為,，后量子密碼算法將會逐漸代替現(xiàn)行的公鑰密碼算法,。
丁津泰專攻后量子密碼研究多年，這個前沿學(xué)科可以說是當(dāng)前最富戰(zhàn)略性的關(guān)鍵研究領(lǐng)域,。
選擇
回憶起大學(xué)時陰差陽錯選擇了數(shù)學(xué)專業(yè),，丁津泰并無抱怨。他還記得曾經(jīng)得到過的建議：“數(shù)學(xué)只需要一張紙,、一支筆,，就能走遍全世界?！?多年來，無論學(xué)術(shù)休假亦或參加全球各類學(xué)術(shù)會議,，丁津泰走遍世界,，這一點令他十分欣慰。談起過往的經(jīng)歷,，他回憶道,，“幾乎每換一個學(xué)校就換一個方向,。” 本科時,，在西安交通大學(xué),，他學(xué)習(xí)計算數(shù)學(xué)，覺得過于枯燥,，于是自學(xué)了一年,，研究生考入中國科技大學(xué)，選擇了最抽象的數(shù)論,，并跟隨華羅庚的學(xué)生陸洪文教授學(xué)習(xí),。在不到三個月的時間里，他就取得了重要突破,，證明了德國數(shù)學(xué)家西格爾（C.L.Siegel）的猜想,，并因此被中國數(shù)學(xué)學(xué)會授予鐘嘉慶數(shù)學(xué)獎。
丁津泰進入耶魯大學(xué)攻讀博士學(xué)位,，在選擇導(dǎo)師和方向時,，也有一段有趣的故事。他選修的第一節(jié)課,，由數(shù)論領(lǐng)域著名俄羅斯裔數(shù)學(xué)家皮亞捷茨基-沙皮羅(Ilya Piatetski-Shapiro)授課,，這位俄羅斯裔數(shù)學(xué)家原本是丁津泰心目中的理想導(dǎo)師。然而當(dāng)沙皮羅問大家是否能聽懂他的俄式英文時,，這位“耿直男孩”回答：No,。丁津泰還能清楚的回憶起沙皮羅盯著這個過于誠實的學(xué)生，足足三分鐘,。丁津泰心想,，在這一番頂撞后，從師于沙皮羅大概是不可能的了,。于是,，他選擇跟隨年輕有趣的導(dǎo)師伊戈爾·弗蘭克爾（Igor Frenkel）學(xué)習(xí)代數(shù)表示論，畢業(yè)論文則是與超弦理論有緊密關(guān)系的量子無限維李代數(shù),，該研究十分貼近數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域,。
博士畢業(yè)之后，丁津泰受邀加入日本頂尖的研究所——京都大學(xué)數(shù)理解析研究所,。這里云集了日本一流的數(shù)學(xué)家,，其中包括因三維代數(shù)簇分類而聞名的菲爾茲獎得主森重文(Shigefumi Mori)以及數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域頗有建樹的三輪哲二教授(Tetsuji Miwa），是絕佳的研究環(huán)境,。
1998年,，丁津泰返回美國于辛辛那提大學(xué)任教。在這里，他延續(xù)了此前的研究方向,，但總希望尋找新的挑戰(zhàn),。2000年，一篇關(guān)于量子計算的文章瞬間為他打開了新世界的大門,，并促使他做出了學(xué)術(shù)生涯中最重要的一個決定,。
冒險
把量子力學(xué)和信息理論結(jié)合起來的想法出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代。1981年,，美國阿拉貢國家實驗室的保羅·貝尼奧夫（Paul Benioff） 最早提出了量子計算的基本理論,。1982年，費曼（Richard Feynman）發(fā)展了前者的設(shè)想,，提出了按照量子力學(xué)規(guī)律工作的計算機的概念,，這被認為是最早量子計算機的思想。1994年,，美國教授彼得·肖恩（Peter Shor）在一篇文章中提出了一個新的量子算法,，該算法能在短時間內(nèi)破解當(dāng)時所有的公鑰密碼算法，包括RSA和橢圓曲線密碼,。那時,，量子計算機仍然是個遙遠的構(gòu)想，這些發(fā)現(xiàn)并沒有引起學(xué)界充分的重視,。2000年,，MIT教授艾薩克.莊(Isaac Chuang)花費了1500萬美金用量子計算機分解了15=3x5，這看似毫無意義的實驗,，卻真實驗證了運行量子算法的可行性,。
讀罷此文，丁津泰認為,，這將徹底顛覆所有已知公鑰密碼算法,。因此，他決定放棄現(xiàn)有的方向,，轉(zhuǎn)而研究下一代能夠抵制量子計算機攻擊的密碼算法,，即“后量子密碼”，成為最早進入這個領(lǐng)域的學(xué)者之一,。
丁津泰回憶說,，以往的選擇或多或少有被動、隨機的成分,，而選擇后量子密碼,，他十分自信。他一邊整理之前的研究結(jié)果發(fā)表論文,，一邊從頭學(xué)習(xí)所有密碼學(xué)的知識,。他堅信,，一個好的數(shù)學(xué)博士,，沒有什么是學(xué)不會的,。在隨后四年時間里，他鮮少產(chǎn)出,，獲得的科研資助也有所下降,。當(dāng)時的主流密碼學(xué)學(xué)者都來自計算機領(lǐng)域，這導(dǎo)致他最初關(guān)于后量子密碼的文章,，因與主流密碼學(xué)學(xué)者思路相異,，經(jīng)歷了無數(shù)不被理解和接納的情況。
有趣
2004年,，在日本舉行的一次小型密碼學(xué)會議上,，當(dāng)時一位來自橫濱大學(xué)的教授在報告中討論了以指紋為基礎(chǔ)的密碼系統(tǒng)是否安全。這位日本教授介紹,，只用一個小小的膠布,，就可以輕易獲取留在玻璃杯上的指紋。而一家德國公司,，宣稱開發(fā)出最安全的瞳孔識別密碼,，很快就有人利用其發(fā)表的高清照片，破解了密碼,。
顯而易見,，以生物特征為基礎(chǔ)的密碼不夠安全。因此,，丁津泰更加堅信以算法為基礎(chǔ)才是后量子時代密碼學(xué)的主流,。在密碼的世界里，破解是原動力,，“這比數(shù)學(xué)要有趣的多,，并能夠產(chǎn)生現(xiàn)實的影響力?！?/p>
2005年6月,，他提出了彩虹簽名（Rainbow Signature)，是以密碼學(xué)教授雅克·帕塔蘭（ Jacques Patarin）發(fā)明的油醋(OV)簽名與不平衡油醋(UOV)簽名架構(gòu)為基礎(chǔ),。因交疊了雙層油醋,，類似彩虹結(jié)構(gòu)，取名為“彩虹（Rainbow）”,。
2007年,，他在德國訪問時，開始與約翰內(nèi)斯.布希曼（Johannes Buchmann）合作,。也就是在那時,，他碰到越來越多這一領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)者,。
直到2015年，后量子密碼領(lǐng)域突然備受關(guān)注,。
這一年8月,，美國國家安全局(NSA)宣布美國政府決定制定下一代后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)，且“刻不容緩”,。2016年,，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST）宣布征選后量子密鑰標(biāo)準(zhǔn)。目前,，已經(jīng)歷經(jīng)三輪比賽,，“彩虹”（Rainbow）簽名位列其中，是中選的3個數(shù)字簽名方案之一,，也是NIST第三輪評選中唯一由華人主導(dǎo)的算法,。
丁津泰所帶領(lǐng)的團隊還先后破解了兩個NIST抗量子數(shù)字簽名候選方案，包括Luov和GeMMS,。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在2020年的“歐洲密碼學(xué)年會”和2021年“美國密碼年會”上,。其中，丁津泰與陶成東博士合作的相關(guān)結(jié)果,，獲得了2021年美國密碼年會的榮譽提名（Honorable Mention）論文獎,。歐洲密碼學(xué)年會和美國密碼年會均是國際密碼學(xué)研究最頂級會議
與此同時，丁津泰于2011年發(fā)明的“丁氏密鑰交換”算法（2012年發(fā)表）,，也受到了科研和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注,，并一度引發(fā)熱烈討論。2014年,，密歇根大學(xué)教授克里斯·派克特（Chris Peikert）宣稱發(fā)明了一種新的后量子秘鑰交換算法,，此后又延伸出了Frodo,NewHope,Kyber等后量子秘鑰交換算法，其中NewHope一度用于谷歌瀏覽器之中,。上述后量子算法都與“丁氏密鑰交換”密切關(guān)聯(lián),。相關(guān)論文已經(jīng)認可了這個事實。關(guān)于后量子密鑰交換的版權(quán)紛爭,，至今仍然是后量子密碼相關(guān)論壇的熱門話題之一,。
經(jīng)過二十余年的耕耘，丁津泰目前共擁有后量子密碼相關(guān)專利6項,，成為國際頂尖后量子密碼專家,。
丁津泰參與的后量子密碼相關(guān)著作
Ding Lab （丁實驗室）
2020年3月，在布蘭迪斯大學(xué)教授連文豪教授的引薦下,，丁津泰來到哈佛與丘成桐教授面談,。丘先生當(dāng)下邀請他回國參與清華大學(xué)丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心和北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院的密碼學(xué)學(xué)科建設(shè)。
談起這一次選擇,，丁津泰說,，他最看重的是清華大學(xué)的研究團隊和生源,，可以吸納優(yōu)秀的研究者和學(xué)生，搭建最理想的團隊,。
此外,，我國對信息安全、數(shù)據(jù)交易安全的巨大需求,，是密碼學(xué)研究的優(yōu)質(zhì)土壤,。
在丁津泰的帶領(lǐng)下,，目前Ding Lab（丁實驗室）共有兩位研究員,。陶成東，主攻密碼學(xué)和計算數(shù)學(xué),，擅長編程,，曾經(jīng)在華為有過數(shù)年的工作經(jīng)歷。他們共同破解了NIST三輪評選中的兩個備選方案,。而梁蓓專長于隱私計算,。隱私計算指雙方都擁有大量數(shù)據(jù)，但并不向?qū)Ψ介_放彼此數(shù)據(jù)的前提下,，進行數(shù)據(jù)的匹配和匯總,。這兩個研究方向，在現(xiàn)實中都有非常廣闊的應(yīng)用空間,。
目前,，丁津泰申請的一個區(qū)塊鏈項目已經(jīng)通過了科技部區(qū)塊鏈項目的第一輪評審。回國短短半年多的時間里,，丁津泰與清華大學(xué)社會科學(xué)學(xué)院經(jīng)濟學(xué)研究所教授湯珂開啟了“數(shù)據(jù)交易平臺”的合作研究項目,，與國內(nèi)搭建數(shù)據(jù)交易平臺與市場的熱潮相契合。獲得企業(yè),、學(xué)界的青睞,，并在多領(lǐng)域合作取得突破，丁津泰說：“這一切讓人出乎意料的滿意,?！?/span>
理想
盡管丁津泰一直強調(diào)目前的成就得益于正確的選擇，然而他一路走來所付出的努力不可忽視,。
經(jīng)歷了從純數(shù)學(xué)研究到應(yīng)用數(shù)學(xué)研究的轉(zhuǎn)變,，丁津泰表示，從思考方式上,，他仍然傾向于把問題抽象化再解決,。與純數(shù)學(xué)不同之處在于，應(yīng)用數(shù)學(xué)要從實際中找到問題,，并驗證解決實際問題的效果——這是判斷標(biāo)準(zhǔn)的不同,。
“數(shù)學(xué)家進入一個非常理想的時代,，但我們必須要實際一點?！倍〗蛱┙ㄗh,，至少本科生要學(xué)一點編程，這樣才能夠驗證自己的想法,。他把編程比喻為士兵上戰(zhàn)場必須配備的武器,。“編程已經(jīng)成為基本工具,。如果會編程,，就業(yè)面也會廣不少?！?/p>
回到中國后,，丘成桐先生并沒有為丁津泰設(shè)定太多硬性指標(biāo)。談起對自己的期待,，丁津泰說,，“比起數(shù)量，我更看重工作的質(zhì)量和影響力,。一句話能形容畢生的成就,，那是最厲害的。比如丘先生,，只要提卡拉比-丘就可以,。”而他希望未來Ding Key Exchange即丁氏密鑰交換可以成為他一生的榮耀,。
丁津泰說：“我已經(jīng)想好墓志銘——上面一個0,下面一個1,，這是我發(fā)明的一個函數(shù)，叫做Signal Function（信號函數(shù)）,它是后量子密鑰交換的最重要一步,?！?/p>
供稿：丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心
編輯：李華山
審核：曲田
