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从2015图灵奖谈起
作者:翟起滨 发表时间:2016年06月24日

  图灵奖:美国计算机协会(ACM)于1966年设立,专门奖励对计算机事业作出重要贡献的个人。

  图灵奖对获奖者的要求极高,评奖程序也极严,一般每年只奖励一名计算机科学家,只有极少数年度有两名以上在同一方向上作出贡献的科学家同时获奖。2014年11月13日之前图灵奖由Intel公司以及Google公司赞助,奖金为25万美元。2014年11月13日,虽然Intel退出赞助,Google反而将奖金提高到100万美元,和诺贝尔奖金相近。

  美国计算机协会(ACM)主席Alexander L.Wolf在RSA大会上宣布授予Diffie和Hellman荣获2015年度的图灵奖。他说:“在1976年,Diffie和Hellman预见到了计算机网络的未来,利用网络进行通讯,若没有身份认证和密钥协商,会导致他们之间的通讯内容被盗或被篡改。如今,经过40年的发展,我们看到他们的预测非常有先见之明。两位获奖者在1976年发表的论文《New Directions In Cryptography》中提出了密码学研究的新方向,向世人介绍了公钥加密和数字签名的新构想,这奠定了今天网络安全系统的基础。人们几乎没有想到,如今的网络空间已经成为人类进化历程的辉煌环节,人类不知不觉进入智能机器时代。

  美国国防部(DOD)的高级研究计划署(DARPA)1960年为支持不同研究机构的研究人员共同开发某个国防项目,购买了昂贵的大型计算机设置在他们的研究基地,然后用电话载波线路将分布在全国各地研究人员的操作终端都连接到这个大型计算机上,使得研究人员可以通过远程计算机做复杂计算,后来经过不断地完善还可以使操作终端的研究者互相通信,这就形成了一个网络,到1969年这个网络被命名为ARPA网络。当时参与国防项目的研究者已经允许利用密码算法加密信息,进行远距离的讨论。1973年5月15日,美国国家标准局NBS开始公开征集标准的商业加密算法;最后到1977年1月15日,成功给出“数据加密标准”(FIPSPUB46),简记为DES。这时的ARPA网络已经普及到大学,许多学者甚至一般的师生也可利用这个网络进行通讯。然而,网络用户利用DES长期使用一个密钥对信息进行加密是不安全的。

  1974年秋季,Ralph Merkle在加州大学伯克力分校选修Lance Hoffman教授开设的计算机安全课程,Merkle提出的选题是“不安全网络上的安全通信”,试图解决通信双方的密钥交换问题。Hoffman不理解,让他重选,他不干!他退选了课程,写出研究论文《多用户加密技术》,将这篇论文投到ACM的通讯杂志,最后被审定文章行文和推理存在若干问题,拒绝发表这篇论文。

  1975年秋季,斯坦福大学Diffie和Hellman准备为1976年的美国计算机会议撰写论文,这期间他们收到Merkle被拒的那篇论文。Diffie和Hellman分析Merkle的文章后深受启发,写出了划时代的论文:《密码学的新方向》。这篇文章解决了用户在不安全信道上商议安全密钥的难题,并且提出一个具有密码学革命意义的想法:能否构造出带有陷门的单向函数?如果能构造出来就等于实现了一个“双钥密码体制”,使用这个体制的用户将其中一个“钥”公开,任何人都可以用这个“钥”和用户算法协议,对一个明文消息加密传给用户,用户利用自己不公开的“钥”(称为私钥)对密文解密。

  1977年美国麻省理工大学(MIT)的学者Rivest、Sharmir、Adleman实现了这个想法,给出了一种基于数论算法的公钥密码体制,被称为RSA算法。发明这个算法的三个人荣获2002年度的图灵奖;这里特别要说明的是:美国计算机协会ACM对给出原始的,不太成熟的密钥协商协议的年青人Ralph Merkle非常看重,在1996年授予他“计算机理论和实践奖”。

  Ralph Merkle引出了个两个图灵奖:第一个是2002年度授予Rivest、Shamir、Adleman关于RSA公钥算法的图灵奖;第二个是2015年度授予Diffie、Hellman关于密钥协商和公钥算法预言的图灵奖。他是美国上世纪70年代信息革命的少年先锋!

  Diffie和Hellman的功劳,在于他们完整无误地给出了在当时的ARPA网络上用户协商密钥的完整协议,预见了双钥密码学的存在和数字签名的新构想。在他们将《密码学新方向》发布之后,很快就有年青人发明了双钥密码算法,后来用发明人的首写字母R、S、A组合命名这个算法为RSA公钥算法。紧接着,身份识别和签名方案以及数字证书等一系列的发明发现连续涌出。应用于网络上的用户安全交互协议几乎一夜间出现:SSL/TLS、IPsec/IKE、SSH、S/MIME、POP/IMAP、DNSsec……于是,在这个网络里不仅可以安全运营电子邮件(E-mail),远程登录(Telnet),查询服务(Finger),文件传输(FTP),文档服务器(Archive),新闻论坛(Usenet)等,还可以类比现实空间做许多事情,如网上交易,网上银行……美国的这个ARPA网络在人们不知不觉中转换成美国的互联网。

  这个发明直接辐射到全世界,西方好多国家效仿并且用进一步的技术将网络连接到美国那个网络,进一步创新为全球网(WorldWideWeb,缩写为WWW,又称万维网),最后形成以美国为中心的国际网络,人们称为Internet。1987年9月20日,中国的钱天白教授从北京向德国卡尔斯鲁厄大学发出第一封电子邮件开始,互联网络正式在中国大陆地区运行,中国网络从那一天起逐渐地接入到Internet,成为国际互联网的一个子网。

  国际互联网的形成进一步促进了民间密码研究,使得美国国家安全局(NSA)失去了对加密技术的垄断权,推动密码技术研究的美国年青人利用天使投资基金,创办一系列的推动网络技术发展的公司。这些民营公司按照新的理念推进网络通讯技术的创新,很快取得了如下成果:

  1.1980年代初,民营公司创立的新技术可以相当有效地将模拟通讯信号转化为数字信号,一个数据包所含的比特数据量猛增,使得美国国家安全局NSA很难从数据包里窃听到内容,特别是有些数据包里的数字信号都被用密码加了密;

  2.1990年代初,民营公司已经做到把以往卫星通讯主宰全球的信息传递,转化为用光纤将全球的各个站点包括卫星地面站都连接起来。

  这些伟大的民间研究成果直接挑战了美国国家安全局NSA对数据的处理能力,网络传递的数据超载,也就是海量数据现象,NSA已经不具备处理这些数据的能力。于是,1993年美国国家安全局NSA提出网络用户的密钥托管法案(EES),要求每个网络用户都要安装一个具有管理密钥功能的芯片,这项法案遭到美国人民的强烈反对,国会没有通过。

  911事件之前,美国政府、包括总统小布什没有得到任何预警信息。他们与全世界的民众一样,从卫星电视看到了这场令人触目惊心的大灾难。NSA把责任推给政府,认为在1993年没有能够实施“密钥托管法案”是造成国家对犯罪分子失去监控能力的重要原因。

  美国政府在反省911事件时,并没有完全把原因归于“密钥托管法案”被否决这个问题。美国政府认为,1970年代在美国兴起的信息革命造成的最大后果,是美国的信息安全基础平台有80%掌握在私营企业手里。美国政府,特别是美国国家安全局要与美国的信息安全企业建立友好合作的关系。美国国会在当年(2001年)10月份,制定了《爱国者法案》。从公开的斯诺登事件,我们会了解到这方面的详情。

  美国国家执法部门用单一的数据中心处理海量数据遇到麻烦,利用云计算可以解决这个问题。云计算系统要随时处理数据传感器传出的海量数据,如何分析这些数据成为难题?这使得数据科学家们类比医学开端的显微镜,给出分析数据的工具——Hadoop,开辟出大数据科学的研究方向。随之而来的是要研究智能机器,使其协助人们给出科学处理数据的能力。构成智能机器复杂系统的各种设备通过传感器连接,自然产生出大量数据,强相关的、弱相关的、非相关的……各种数据需要得到有效的处理,这就要引入图灵的想法——机器学习。

  机器学习的结果就是人工智能,它的目的就是指导机器人能够更精确地执行任务。传统的人工智能研究要适应具有极高智能机器人的需要,常规人工智能研究方法要扩展到大数据的研究范畴。使用Hadoop这类工具后,人工智能发展为机器智能,从此智能机器人开始它的进化过程。

  2010年,斯坦福大学教授Andrew Ng吴恩达这位华裔2015年被我国百度公司聘用,加入了谷歌开发团队XLab——这个团队已先后为谷歌开发了无人驾驶汽车和谷歌眼镜两个知名项目。谷歌大脑能够将所看到的图像或图片分解成10亿多个不同的参量,然后通过自主学习,学会如何将这些零碎的参量组合到一起。大数据时代所显现出的技术高低以机器人智商指数为标志,所制造出的机器人能够快速处理复杂数据,能够灵活准确地对数据做出合乎实际的应答,这就是我们的奋斗目标。我们知道,现在的数据增长速度越来越快、数据来源日趋复杂、数据容量迅速扩大、数据类型也变得丰富多样、用户对于数据处理的速度要求越来越高。面对全新的数据业务挑战。

  2012年3月Gartner分析报告指出:现在信息安全的处理问题,几乎都转换为大数据的分析问题。大规模的数据需要有效地关联、分析和挖掘,并预测未来将出现安全分析平台,未来需要大量的数据分析工程师和数据科学家。大数据下的智能攻击,使我们必须考虑“威胁情报感知”,IBM预测2018年威胁情报感知的服务市场将超过15亿美元。

  2014年初以来,多家知名公司遭到了攻击,包括索尼、摩根大通等。而那些已经成型的安全防御产品几乎没有用。Anthem医疗保险公司被入侵,大量个人隐私信息泄露;联邦人事管理办公室被入侵,大量雇员信息泄露;Juniper Network的VPN设备被装了后门……

  人们已经意识到,现在的网络黑客利用大数据研制智能化的攻击武器,使我们所拥有的盒式防火墙、入侵检测,乃至下一代防火墙无法阻止攻击。问卷调查显示,90%的公司对现有的检测和应对入侵能力不满意,大量的被调查者仍然在使用老掉牙的安全系统。大数据、云计算、智能机器的设计成为人类进化历程中的相伴物,物联网已成必然!

  今年3月份,发生了苹果公司与FBI的数据加密之战,加密和隐私一直是热门话题,而且似乎越来越热门,无论是解锁刑事要犯使用的设备,还是试图跨越国际边界分享信息,对以提高安全性为名义使用加密后门程序的顾虑都表明,现在我们需要更强大的加密技术来提高安全性。

  作者单位:中国科学院信息安全国家重点实验室

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