丁津泰
人物介紹
丁津泰，美國(guó)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(guó)際后量子密碼學(xué)會(huì)議的聯(lián)席主席，是國(guó)際上多變量密碼學(xué)著名學(xué)者之一。
回歸
2021年3月，國(guó)際后量子密碼學(xué)者丁津泰教授回到了闊別30年的祖國(guó)，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(guò)去，他組建的丁實(shí)驗(yàn)室（Ding Lab）已經(jīng)十分完備。該團(tuán)隊(duì)由近10位研究人員組成，專注于后量子密碼、隱私計(jì)算及相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，并計(jì)劃在未來(lái)繼續(xù)招收更多博士后以壯大科研團(tuán)隊(duì)。產(chǎn)學(xué)研合作正進(jìn)行得如火如荼，國(guó)內(nèi)多家機(jī)構(gòu)向他伸出橄欖枝，與國(guó)內(nèi)學(xué)者的跨領(lǐng)域合作，也在順利推進(jìn)。
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(jī)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(shí)代的每個(gè)普通人。在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過(guò)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(shí)代網(wǎng)絡(luò)信息安全的基石。
隨著量子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)需要數(shù)百年才能破解的公鑰密碼算法，在量子計(jì)算機(jī)面前，將變得不堪一擊。后量子密碼是為了應(yīng)對(duì)量子計(jì)算機(jī)攻擊而誕生的密碼學(xué)新分支。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，后量子密碼算法將會(huì)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(gè)前沿學(xué)科可以說(shuō)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(shí)陰差陽(yáng)錯(cuò)選擇了數(shù)學(xué)專業(yè)，丁津泰并無(wú)抱怨。他還記得曾經(jīng)得到過(guò)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(lái)，無(wú)論學(xué)術(shù)休假亦或參加全球各類學(xué)術(shù)會(huì)議，丁津泰走遍世界，這一點(diǎn)令他十分欣慰。談起過(guò)往的經(jīng)歷，他回憶道，“幾乎每換一個(gè)學(xué)校就換一個(gè)方向。” 本科時(shí)，在西安交通大學(xué)，他學(xué)習(xí)計(jì)算數(shù)學(xué)，覺(jué)得過(guò)于枯燥，于是自學(xué)了一年，研究生考入中國(guó)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(gè)月的時(shí)間里，他就取得了重要突破，證明了德國(guó)數(shù)學(xué)家西格爾（C.L.Siegel）的猜想，并因此被中國(guó)數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)授予鐘嘉慶數(shù)學(xué)獎(jiǎng)。
丁津泰進(jìn)入耶魯大學(xué)攻讀博士學(xué)位，在選擇導(dǎo)師和方向時(shí)，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(wèn)大家是否能聽(tīng)懂他的俄式英文時(shí)，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(gè)過(guò)于誠(chéng)實(shí)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?duì)枴じヌm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(wú)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(jiǎng)得主森重文(Shigefumi Mori)以及數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域頗有建樹(shù)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(guó)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(jì)算的文章瞬間為他打開(kāi)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(gè)決定。
冒險(xiǎn)
把量子力學(xué)和信息理論結(jié)合起來(lái)的想法出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代。1981年，美國(guó)阿拉貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的保羅·貝尼奧夫（Paul Benioff） 最早提出了量子計(jì)算的基本理論。1982年，費(fèi)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(jì)算機(jī)的概念，這被認(rèn)為是最早量子計(jì)算機(jī)的思想。1994年，美國(guó)教授彼得·肖恩（Peter Shor）在一篇文章中提出了一個(gè)新的量子算法，該算法能在短時(shí)間內(nèi)破解當(dāng)時(shí)所有的公鑰密碼算法，包括RSA和橢圓曲線密碼。那時(shí)，量子計(jì)算機(jī)仍然是個(gè)遙遠(yuǎn)的構(gòu)想，這些發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有引起學(xué)界充分的重視。2000年，MIT教授艾薩克.莊(Isaac Chuang)花費(fèi)了1500萬(wàn)美金用量子計(jì)算機(jī)分解了15=3x5，這看似毫無(wú)意義的實(shí)驗(yàn)，卻真實(shí)驗(yàn)證了運(yùn)行量子算法的可行性。
讀罷此文，丁津泰認(rèn)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(jì)算機(jī)攻擊的密碼算法，即“后量子密碼”，成為最早進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者之一。
丁津泰回憶說(shuō)，以往的選擇或多或少有被動(dòng)、隨機(jī)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(shí)。他堅(jiān)信，一個(gè)好的數(shù)學(xué)博士，沒(méi)有什么是學(xué)不會(huì)的。在隨后四年時(shí)間里，他鮮少產(chǎn)出，獲得的科研資助也有所下降。當(dāng)時(shí)的主流密碼學(xué)學(xué)者都來(lái)自計(jì)算機(jī)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(wú)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(huì)議上，當(dāng)時(shí)一位來(lái)自橫濱大學(xué)的教授在報(bào)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(gè)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(guó)公司，宣稱開(kāi)發(fā)出最安全的瞳孔識(shí)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(jiàn)，以生物特征為基礎(chǔ)的密碼不夠安全。因此，丁津泰更加堅(jiān)信以算法為基礎(chǔ)才是后量子時(shí)代密碼學(xué)的主流。在密碼的世界里，破解是原動(dòng)力，“這比數(shù)學(xué)要有趣的多，并能夠產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)的影響力。”
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(guó)訪問(wèn)時(shí)，開(kāi)始與約翰內(nèi)斯.布希曼（Johannes Buchmann）合作。也就是在那時(shí)，他碰到越來(lái)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(guó)國(guó)家安全局(NSA)宣布美國(guó)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(guó)國(guó)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(gè)數(shù)字簽名方案之一，也是NIST第三輪評(píng)選中唯一由華人主導(dǎo)的算法。
丁津泰所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)還先后破解了兩個(gè)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(huì)”和2021年“美國(guó)密碼年會(huì)”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(guó)密碼年會(huì)的榮譽(yù)提名（Honorable Mention）論文獎(jiǎng)。歐洲密碼學(xué)年會(huì)和美國(guó)密碼年會(huì)均是國(guó)際密碼學(xué)研究最頂級(jí)會(huì)議
與此同時(shí)，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(rèn)可了這個(gè)事實(shí)。關(guān)于后量子密鑰交換的版權(quán)紛爭(zhēng)，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(guò)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(xiàng)，成為國(guó)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(shí)驗(yàn)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(lái)到哈佛與丘成桐教授面談。丘先生當(dāng)下邀請(qǐng)他回國(guó)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(shuō)，他最看重的是清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)。
此外，我國(guó)對(duì)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(shí)驗(yàn)室）共有兩位研究員。陶成東，主攻密碼學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)，擅長(zhǎng)編程，曾經(jīng)在華為有過(guò)數(shù)年的工作經(jīng)歷。他們共同破解了NIST三輪評(píng)選中的兩個(gè)備選方案。而梁蓓專長(zhǎng)于隱私計(jì)算。隱私計(jì)算指雙方都擁有大量數(shù)據(jù)，但并不向?qū)Ψ介_(kāi)放彼此數(shù)據(jù)的前提下，進(jìn)行數(shù)據(jù)的匹配和匯總。這兩個(gè)研究方向，在現(xiàn)實(shí)中都有非常廣闊的應(yīng)用空間。
目前，丁津泰申請(qǐng)的一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)了科技部區(qū)塊鏈項(xiàng)目的第一輪評(píng)審。回國(guó)短短半年多的時(shí)間里，丁津泰與清華大學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)院經(jīng)濟(jì)學(xué)研究所教授湯珂開(kāi)啟了“數(shù)據(jù)交易平臺(tái)”的合作研究項(xiàng)目，與國(guó)內(nèi)搭建數(shù)據(jù)交易平臺(tái)與市場(chǎng)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(shuō)：“這一切讓人出乎意料的滿意。”
理想
盡管丁津泰一直強(qiáng)調(diào)目前的成就得益于正確的選擇，然而他一路走來(lái)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(wèn)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(shí)際中找到問(wèn)題，并驗(yàn)證解決實(shí)際問(wèn)題的效果——這是判斷標(biāo)準(zhǔn)的不同。
“數(shù)學(xué)家進(jìn)入一個(gè)非常理想的時(shí)代，但我們必須要實(shí)際一點(diǎn)。”丁津泰建議，至少本科生要學(xué)一點(diǎn)編程，這樣才能夠驗(yàn)證自己的想法。他把編程比喻為士兵上戰(zhàn)場(chǎng)必須配備的武器。“編程已經(jīng)成為基本工具。如果會(huì)編程，就業(yè)面也會(huì)廣不少。”
回到中國(guó)后，丘成桐先生并沒(méi)有為丁津泰設(shè)定太多硬性指標(biāo)。談起對(duì)自己的期待，丁津泰說(shuō)，“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(lái)Ding Key Exchange即丁氏密鑰交換可以成為他一生的榮耀。
丁津泰說(shuō)：“我已經(jīng)想好墓志銘——上面一個(gè)0,下面一個(gè)1，這是我發(fā)明的一個(gè)函數(shù)，叫做Signal Function（信號(hào)函數(shù)）,它是后量子密鑰交換的最重要一步。”
供稿：丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心
編輯：李華山
審核：曲田
