山东女子嫌坐月子无聊,破译两套美国密码,拿下国家奖励711万

“我生来就是高山而非溪流 ,我欲于群峰之巅俯视平庸的沟壑。我生来就是人杰而非草芥, 我站在伟人之肩藐视卑微的懦夫!”

2004年,美国加州圣芭芭拉的国际密码学术会议的殿堂里,在一位密码学家作报告的过程中,不时爆发出一阵又一阵雷鸣般的掌声。英国的密码学家艾沃·德斯梅德最是激动,即使是手臂骨折都无法抑制激动的情绪,用右手猛拍大腿为正在做报告的人欢呼喝彩。

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这个正在作报告的人便是王小云,引起台下科学家欢呼的正是她在产后坐月子期间破获的包括美国密码MD5在内的四大国际密码算法学术报告,而后也因她在信息安全领域的建树获得国家奖励711万元。

这让人不禁好奇,王小云为何能在坐月子期间还能有这么大的突破?她是怎么做到的呢?

出类拔萃,山东大学遇伯乐

1966年出生的王小云以优异的成绩被山东大学的数学系录取,从她进入山东大学校园读书的那一刻起,中国密码学将迎来一位丰碑式的人物。

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还在学习本科知识的王小云,就是个每个老师口中出类拔萃的人物,当时最看重王小云的一位数学教授是王树棠。王树棠教授是印尼归国华侨,改革开放以后回国就一直在山东大学任教。

他很快就发现了王小云在数学方面的天赋,将印度数学家拉马努金的笔记本上的其中一个公式,让王小云来论证并告诉她论证之后写学术论文。

王小云接到选题之后,整个人都如同着了魔一样,将自己全身心投入进这道选题之中。不管是什么时候,王小云都是在思考这个选题,就连上课也是,以至于在山东大学的校园里都会有人看到某个角落里有一个身影在低头思考着什么。

终于功夫不负有心人,一周过去了,王小云终于解开了这道题目,而且还用的是很简单的论证方法。看到成果的王树棠教授也很高兴亲自指导王小云的论文,也正是他指导的这篇论文让王小云获得了山东大学的五四科技论文三等奖。

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经过四年的学习,很快王小云便面临着学术生涯中的第一个选择。

当时山东大学的代数方面是个空缺,王树棠教授十分欣赏王小云的才能,有意想将王小云往这个方面培养。他特地联系中科院的万哲先院士做王小云的研究生导师,而且还有机会直接进入中科院进修博士。

可惜,王小云最后并按照王树棠教授的建议填报,得知王小云选择别的方向时,王树棠教授难掩失望还让王小云愧疚了好久。

直接进入中科院读博士,这样的条件对于科研人士来说真的是可遇不可求的,为何王小云会放弃这个绝好的机会呢?

原来当时有很多科研院士都向山东大学数学系招生,除了万哲先院士在还有一个名气很大的潘承洞院士。

潘承洞院士在数学界极负盛名,曾经与王元、陈景润等顶尖数学家一起研究“哥德巴赫猜想”,并获得国家自然科学一等奖。得知潘承洞院士也在招研究生后,王小云的同学一致推举她作为潘承洞院士的学生。

后来在同学们的劝说之下,王小云也仔细考虑了一番,决定更换志愿到潘承洞院士门下研究解析数论。

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相比于王树棠教授的推荐,选择潘承洞院士对王小云来说有比较大的不确定性。当时的王小云并没有直接接触过潘承洞院士,报了名之后也没有联系过他就直接去参加了考试。

凭借着自己扎实的知识功底和刻苦努力,王小云的考研成绩在众多报名学生位列前茅。可当潘承洞院士看到排名前二的王小云时,因为自己从来没有带过女学生,也没有接触过王小云,曾一度犹豫不决。

幸好担任过王小云的老师,同时也是潘承洞院士学生于秀源博士对王小云也很赞赏,极力推荐潘承洞院士能够收下她。潘承洞院士一听自己的爱徒都对王小云有如此好的评价,就收了王小云做自己的学生。

只是这个时候谁都不知道,正是因为这个决定,开启了中国信息安全领域的新历史

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深谋远虑:密码女王背后的巨人

王小云被潘承洞院士收为学生之后,一直在于秀源老师的帮助之下进行学术研究。于秀源老师是也是十分优秀的知识分子,他是潘承洞院士指导出的第一个博士,也是中国的第一批博士之一。

在这里一段时间,王小云和她的师兄李兆宗一起跟着于秀源老师学习解析数论,结下了深厚情谊,经常在学习和研究上提供帮助。

当时潘承洞院士和潘承彪院士兄弟两个编写了一本解析数论的教材,纯手写书稿可以说是“独家典藏版”。于秀源老师是在这本书正式出版之前负责审核校对,因此他的手中有且仅有一份复印件,王小云来了之后,便将此份复印件送给了王小云。

王小云拿到手稿后十分开心,特别珍惜这份书稿复印件,还自费精装成三本。平时王小云就天天拿着这本复印件阅读学习,每一个定理每一个公式都认真验算并仔细推导求证,简直爱不释手。

这本书后来被学解析数论的师兄借走了,谁知等到毕业王小云找他把这本书要回来收藏的时候,借书的师兄竟说书被他弄丢了,对这本书很有感情的王小云每每想起都感到十分遗憾。

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解析数学刚学了一半,潘承洞院士和于秀源博士便推荐王小云转变研究方向,学习密码学。王小云对解析数论特别感兴趣,并不乐意转去学密码学。

但是还是在潘承洞院士和于秀源博士的共同安排之下,王小云转为研究密码学。

潘承洞院士的这个决定为王小云打开了密码学的大门,而让王小云真正进入密码学术殿堂的1988年的一场国外学者的讲座。

1988年,日本京都大学的密码学专家一松信来到中国的西安电子科技大学进行为期四十多天的讲学。王小云和计算系的另一位同学前去学习,一松信的讲座循循善诱,由浅入深,激起了王小云对密码学的兴趣。可惜,这场讲座却因为一松信的中途摔伤而中止了。

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专家的讲学被迫提前结束,但王小云对密码学的探索才刚刚开始。

学术课听不成了,王小云就一头扎进了西安电子科技大学的图书馆里,查阅一切有关密码学的资料来自学 。经过大量搜寻,王小云找到了一本密码学专业书籍,这本书是由后来2012年图灵奖的得主莎菲·戈德雅赛尔和西尔维奥·麦克林共同写的讲解比特安全的书。

这本书以独特的是角度研究讲解密码学的理论让王小云十分感兴趣,她认为学习这本书才是真正地开始学习密码学的知识。于是,她毫不犹豫地选择这本书复印好带回了山东大学做进一步研读。

而这本书的确对王小云研究密码学有很大的帮助,还为日后破解美国密码奠定了基础。

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白驹过隙三年的研究生岁月转眼间就结束了,王小云又再次面临着一个选择题:去北京工作还是留下来继续深造。与此同时,于秀源博士也在关心着王小云的想法,专门去问了王小云的打算。

“我想考一下博士试试吧,如果考不上我就去工作”

面对自己亦师亦友的于秀源博士,王小云也如实相告。出乎意料的是,于秀源博士听了王小云这番话竟有点生气,还严厉地告诫她:

“既然想考,就要全力以赴。如果你不想继续学习,考上了你可以不上,再去工作。但是你因为考不上而去工作,这就有点丢人了吧。”

于秀源博士的教诲,让王小云意识到自己想法确实不妥,决定全力以赴地备考博士。

经过刻苦努力,王小云顺利成了潘承洞院士的第一个女博士研究生,是当时山东大学唯一的女博士,也是当时中国为数不多的女博士之一。

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潘承洞院士听说王小云考上密码学的博士研究生后,非常开心,竭尽所能地为她提供最好的密码学研究资料。当时流密码学的詹姆斯梅西出了一本在学术界非常前沿的书稿,潘承洞院士多方联系国内外好友,费好大劲才得到它。

资料一到手,潘承洞院士立马就把它送给了王小云。除了资料书稿,潘承洞院士还抽出时间定期给王小云等研究密码学人士召开学术研讨交流会,关心研究进展,还通过各种方式为他们提供与国内外顶尖专家学者的交流机会。

只要对密码学研究十分重要和必需的理论知识,潘承洞院士都想方设法地请来专家为讲学作报告。光国内顶尖的理论学者,例如朱洪院士,蔡吉人院士,堵丁柱院士等等都被潘承洞院士邀请来为王小云等人做学术报告。

正是这些资源,让王小云有了十分扎实的密码学研究基础,并且结识了对她的密码学研究有重大影响的蔡吉人院士。

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潘承洞院士作为王小云的引路人,一路指引着帮助着王小云进行密码学研究。王小云也毫不掩饰自己对潘承洞院士的敬佩之情:

“潘承洞院士是具有战略眼光的数学家,他不研究密码学,可是他却能准确地把控密码学的研究和发展方向。”

可以说王小云是中国密码学的奠基人,那么潘承洞院士就是为王小云提供奠基石的人,也是中国密码学与国际接轨的引路人!

一战成名!苦心孤诣美密会大展拳脚

1995年,对密码学研究有一定造诣的王小云和自己的同事李大兴博士商量分领域专攻,无意之间,李大兴博士分享给了王小云一篇关于Hash函数的文章。Hash函数在当时非常流行,几乎全世界的电子签名都在用它。

王小云的心里还很疑惑,这个加密方式就这么安全吗?

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于是,王小云和于秀源博士商量了一番,决定向国家申报研究Hash函数的项目。

当时国家对于项目的审核流程是比较严格的,王小云递交材料的时候,听到负责人说:

“这个项目还是要支持重点单位的,难度不小啊。”

这句话让王小云心中有些忐忑,一起申请项目的于秀源博士还一直安慰王小云不用担心,安心等待结果。果然,在1996年元旦那天,王小云的审批通过了,而且获得了六万的科研项目。

而王小云项目的通过并被大力支持,正是国内信息安全领悟的老专家帮助可她,为了填补中国在这一领域的空白,建议国家给予立项和大力支持。

毫不夸张地说,就是这个建议和项目,让后来的中国在世界密码学领域中大放异彩。

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项目通过后,王小云全身心投入进了对复杂的Hash函数的研究。由于Hash函数的研究在国内是一片空白,可以说王小云是在“孤军奋战”,一个人做研究难度巨大。

不光是学术上遇到的难题,在身体和家庭上王小云也面临着双重考验

因此当时的王小云刚刚做了妈妈,正处于身体恢复和照顾孩子的时期。在这段时间里,王小云白天一边忙着照顾女儿,一边推演定理公式。到了晚上,在一家人都睡下之后,王小云又悄悄地坐在自己的书桌前继续研究,经常为了某一个公式和定理研究到凌晨两点。

美国的密码学家是用电脑进行演算的Hash函数,而王小云是一遍又一遍的用人力进行推演证明,可想而知这对于王小云来说是多么大的难度和工作量。

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就在对Hash函数有了几个月的钻研之后,王小云尝试过无数的密码学角度进行演算都无法成功。

最后她意识到是否可以转换思路,用数学方程进行控制演算

有了这个的灵感,王小云将方程的思想带入,经过不懈的努力,终于在1997年研究出了SHA-0算法的碰撞攻击。看到自己的研究有了新的突破,王小云乘胜追击,于1998年到1999年一年的时间,用同样的思想角度成功破解了HAVAL_128和RIPEMD等算法。

美中不足的是,王小云并没有发表SHA-0等算法的破解结果,由于暂时还没有实例支持,除了蔡吉人院士其他人都看不懂她的研究结果。终于到了2003年,王小云申请了“863项目”,而这是她能将自己的研究成果付诸于实际的机会,为此她整整一年都在努力地工作研究。

就在“863项目”鉴定会上,评鉴专家为王小云指出了新的方向——被计算机网络大量使用的MD5是否安全。

不服输的王小云,决定利用自己的理论体系进行 MD5的破解。


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多年对密码学的研究,让王小云早已经具备了完整的系统的密码破解理论。当破解MD5时,自己的之前的经验并不奏效,但是这次她很快转换了思维,找到突破点用比特方程将MD5解析成功,再用通过方程将其恢复。

整个研究过程只用了短短两个月,彻底打破了美国“用最好的计算机也要算上一百万年”的吹嘘!

破解完MD5,王小云又把HAVAL-128,MD4也破解了并且找出了碰撞实例,只有RIPREMD的碰撞实例尚未找到。

、RIPREMD函数要复杂一些,王小云不分白天黑夜的工作编程,一遍遍列出比特值一遍遍分析不断出现的矛盾,甚至电脑都“不堪辛劳”死机了。

就连坚强的王小云都不能否认那段时光是有多么的难熬:

“解决完第一天的问题,第二天就又出现新的问题。每天都要一步一步地看,太痛苦了。”

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天道酬勤,历经三个月,王小云终于得到了运算结果。随后王小云带着自己的成果,受邀参加美国国际密码学术会议。最初,王小云刚公布自己的成果时,还收到了不少密码学家的质疑。

为了验证自己的研究成果,王小云和著名的密码学家比哈姆从倒数第一步演算到第一步当场进行验证测试,那场面可谓是惊心动魄:

由于初始值不同,比哈姆和王小云得出的推演结果不一样,连王小云都有点恍惚是不是自己的演算出错了。

最后比哈姆再次验证后,不到一秒钟,他抬起头微笑着看着王小云:

“恭喜,你破解了MD5!”

霎时间,会场上掌声雷动经久不息,几乎所有人都起立为这个大放异彩的中国女密码学家致意。

往后的十几年,王小云在密码学领域取得了突飞猛进的成果,2017年,王小云凭借着出色的能力当选为中国科学院院士。

2019年,王小云成功斩获未来科学大奖,国家奖励七百多万元,成为有史以来第一个获得该奖项的女性。

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结语

“我觉得我们女的现在能力非常强,事实证明,只要我们感觉能干,一定要干到最好!”

这是在《朗读者》中王小云由衷地表达出自己的想法。她一路走来,凭借这里不服输的性格和坚定的信念,成为如今保护中国密码安全的幕后英雄。

王小云的努力从来都不是“嫌坐月子无聊”。

那是求学奋进时的孜孜不倦,是十几年苦心孤诣的潜心研究,是心中将国家责任放首位的钻研精神,是她背后无数为中国科学领域而不停奋斗的无双国士

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投稿时间:2022-05-22  最后更新:2022-05-22

标签:美国   山东大学   密码   数论   密码学   山东   院士   中国   函数   无聊   博士   女子   项目   国家

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