郁昱：心無旁騖 ｜探索者
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郁昱，上海交通大學(xué)教授，2020屆科學(xué)探索獎數(shù)學(xué)物理學(xué)領(lǐng)域獲獎?wù)?。獲獎理由：肯定他在偽隨機(jī)性和抗泄漏密碼等可證明密碼理論方面的成績，支持他在基于編碼和格問題的后量子密碼領(lǐng)域進(jìn)行探索。圖源：科學(xué)探索獎。
撰文 | 王一葦
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郁昱的腦子里總是有一張地圖。
他不喜歡開車，但他喜歡研究開車上班的最佳路線。
在上海這座超大城市，從他居住的黃浦區(qū)到工作的上海交通大學(xué)閔行校區(qū)，由北到南近40分鐘的車程。路口即是可能性。
我們乘車經(jīng)過徐匯時，他認(rèn)出一條曾經(jīng)研究過的支路?！斑@條路不好的地方就是坑坑洼洼，特別是近郊區(qū)的地方，因?yàn)楹枚嗉b箱車過路，”他說，“好的地方是它穩(wěn)定，不容易堵車?！?/span>
南北向的虹梅高速在2017年通車前，他設(shè)計(jì)過4、5條不同路線。每條路線的優(yōu)劣，從路況到紅綠燈數(shù)，他一清二楚。都在他腦子里。
設(shè)計(jì)密碼的時候也是這樣。郁昱是密碼學(xué)家。為了證明一個問題毫無破綻，他會先在腦中反復(fù)推演。
每當(dāng)這個時候，妻子黃霄怡知道，跟他說什么都白費(fèi)，因?yàn)樗?“什么都聽不見”。人雖然坐在那里，對外界的反應(yīng)已經(jīng) “自動化”，只能回答最基礎(chǔ)的問題。
“一開始我還跟他生氣過，我跟他講話講了半天，他沒有回應(yīng)的。過很久，我都已經(jīng)忘記了，他可能回答你一句?！?nbsp;
黃霄怡說，他是個 “很糊涂的人”。和孩子去玩碰碰車，手機(jī)會掉在車?yán)铮怀孙w機(jī)回來，電腦會落在飛機(jī)上；開車回家，車窗忘了關(guān)，物業(yè)經(jīng)常會打電話來提醒。
甚至，在剛回國任教的時候，他忘記了去申請科研的啟動經(jīng)費(fèi)，等到要出差開會，才發(fā)現(xiàn)手上沒錢。
黃霄怡說，郁昱是個 “很糊涂”，但也 “很有趣” 的人。圖為郁昱和妻子黃霄怡在家中。拍攝：王一葦。
但對上心的事，他很少糊涂。比如黃霄怡的生日，從來不下廚的他做了一碗蛋炒飯，盡管過咸；比如咖啡機(jī)，家里和實(shí)驗(yàn)室都有，每天都用，壞了馬上換，還曾經(jīng)從瑞士大老遠(yuǎn)背回來一臺。
又比如：密碼學(xué)。
學(xué)生趙鑠曜向我提起，郁昱常常在晚上做了個夢，覺得自己某個步驟做出來了，第二天早上醒來發(fā)現(xiàn)是個 “特別愚蠢的錯誤”。
郁昱說，他并不是焦慮，只是因?yàn)橐恢痹谒伎肌ｋm然早早下班，腦子里的工作卻沒歇。神游天外，是理論密碼學(xué)家的常態(tài)。
郁昱在家中。拍攝：王一葦
在我的想象里，密碼學(xué)是緊張的攻防游戲，國與國之間戰(zhàn)壕分明，到處是機(jī)密和禁區(qū)。實(shí)際上并非如此。起碼在基礎(chǔ)密碼學(xué)里，凡事都公開透明。研究密碼學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)的科學(xué)家，將數(shù)學(xué)問題巧妙轉(zhuǎn)化，證明它們在密碼設(shè)計(jì)中堅(jiān)不可摧。大多數(shù)時候，他們都是 “紙上談兵”，推理思路和證明過程連綴成論文，在密碼學(xué)會議上向來自世界各地的同行發(fā)表。
“大家來看你每一步的證明，如果不對，那么把哪一步有漏洞挑出來，” 郁昱說。天衣無縫的證明才能經(jīng)得起時間考驗(yàn)。
可是，當(dāng)量子計(jì)算來臨，密碼學(xué)者們開始面臨新的挑戰(zhàn)。
密碼學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中無處不在。當(dāng)你手機(jī)開機(jī)，基站要驗(yàn)證你的SIM卡身份的真實(shí)性；下載應(yīng)用的時候，你的手機(jī)或電腦要先確認(rèn)這個 APP 是官方正版；上網(wǎng)的時候，你打開一個網(wǎng)頁，瀏覽器首先會幫你確認(rèn)這不是個假網(wǎng)站。SIM卡用到了對稱密碼認(rèn)證的方法，即雙方共享了某個秘密，后兩者則會附帶一個私有 “鑰匙” 生成的數(shù)字簽名——通常在幾百個字節(jié)以內(nèi)，而你的軟件可以用一個公開的 “鑰匙” 去解密核實(shí)。整個過程需要的時間通常是毫秒級。
這里用到的加密技術(shù)在上個世紀(jì)七十年代提出，通常稱為公鑰加密體制。
在密碼學(xué)的發(fā)展歷史里，大部分的時間人們都采用加密后私下分享解密過程的方式傳遞機(jī)密信息。一旦密鑰泄露，信息也就不安全了。而公鑰加密的方法，省去了分享私有密鑰的步驟，能應(yīng)用的場景更廣了。
用于公鑰加密的數(shù)學(xué)原理并不高深，但破解難度卻隨著密鑰長度的增加呈指數(shù)級或亞指數(shù)級增長。即使在今天，集合全球所有計(jì)算機(jī)的算力，短期內(nèi)也解不開一個2048比特RSA密碼算法的密鑰。
緊隨著公鑰加密技術(shù)的發(fā)展，量子計(jì)算機(jī)理論在八九十年代迅速興起。理論上，一臺量子計(jì)算機(jī)能在某些特定問題上指數(shù)級提升算力，而且能用特定算法破解公鑰密碼學(xué)里一些最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)問題。
密碼學(xué)家們感受到了來自未來的危機(jī)。他們中的一些佼佼者提出解決方案：采用更 “困難” 的數(shù)學(xué)問題，如格問題、編碼問題等來構(gòu)建密鑰。
但如何將數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為理論上可以編碼的算法是個難題。比如格問題的實(shí)質(zhì)，是一個多維空間里計(jì)算向量的幾何問題，將它變化為一個同等難度的密碼算法，需要精巧的推演。
研究對抗量子計(jì)算的加密手段，正是郁昱工作的主要方向之一。
2016年的美國密碼學(xué)大會上，郁昱發(fā)表的論文解決了一個密碼學(xué)界關(guān)注許久的問題：證明了一個有上百年歷史的數(shù)學(xué)假設(shè)可以用于公鑰加密和安全多方計(jì)算。由于這個問題足夠 “難”，不光現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)解決不了，未來算力大幅提高的量子計(jì)算機(jī)也解決不了，這種加密方法是“抗量子”的。
這也是趙鑠曜最佩服的一個工作。“說一句不太好意思的話，這個工作做出來之前，郁昱老師沒有什么名氣，博士（招生）甚至出現(xiàn)過斷檔，那個出來之后，陸陸續(xù)續(xù)的就開始多了?！?/span>
清華姚班出身的趙鑠曜2016年來到郁昱的實(shí)驗(yàn)室，先是碩士研究生，后來很快轉(zhuǎn)成博士生。
趙鑠曜說，郁昱的實(shí)驗(yàn)室有種氛圍，能讓 “心靜下來”?！坝泻枚嘁婚_始不是很想讀博士、可能只是想混個高學(xué)歷的人，在我們這待了一段時間以后，就想長期留下來?！?/span>
辦公桌在趙鑠曜后面的博士生劉晗林也有類似的感受。郁昱的實(shí)驗(yàn)室不打卡不簽到，劉晗林要么在宿舍要么去圖書館，幾乎很少來。“郁昱老師不會去push你，但其實(shí)還是對你有期待的，希望你能做出一些很好的工作?！?/span>
“理論的東西急不得，” 郁昱說，他比較 “佛系”。
郁昱自己平時很少在辦公室加班，科研上鼓勵自由探索。對學(xué)生唯一的要求，是每周都開的論文研讀會，由高年級學(xué)生帶著新入學(xué)的學(xué)弟學(xué)妹總結(jié)和分析最近領(lǐng)域內(nèi)的重要論文。
劉晗林說，郁昱在理論架構(gòu)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上都很扎實(shí)?！皠傞_始聊天的時候，他只是從宏觀的架構(gòu)上跟我們探討這個問題，我就覺得他可能跟我很相似，但后來看到他的論文，發(fā)現(xiàn)都是公式。”
計(jì)算機(jī)系特別研究員劉振和郁昱同在交大教書。在他看來，郁昱的知識體系全面?！八梢愿疫@種做偏理論應(yīng)用的合作，也可以去跟很應(yīng)用的合作，本身（又是）做這種基礎(chǔ)理論的?！?/span>
黃霄怡和郁昱是高中同學(xué)。郁昱本科畢業(yè)后，他們結(jié)了婚，一起去了新加坡，郁昱去讀博，黃霄怡作為全職太太照顧他，這之后，兩人又一同在比利時度過幾個春秋，后來回到上海。黃霄怡形容他，在家的時候，要么在餐桌邊讀論文，要么在廚房里讀論文，要么就在沙發(fā)上睡覺，偶爾打打游戲。從博士后時代開始，讀論文和思考占據(jù)了郁昱平時大部分的時間。
連他的微信頭像，都是他在書桌前讀論文的素描，喜歡繪畫的兒子畫的。
“研究的時候，你需要比作者更加了解他的工作，” 郁昱說，有的論文他會讀很多遍，“非常了解了以后，有時候發(fā)呆也好，干什么也好，（會）突然想到，我可以這么做?！?/span>
郁昱的小兒子畫他伏案讀論文的樣子，郁昱用來做微信頭像。
學(xué)生形容他 “直覺很好”，但他自己知道，好的直覺只來自足夠的專注。
讀書，買衣服，開車或是做飯，這些 “不重要” 的內(nèi)容他選擇統(tǒng)統(tǒng)忽略。幸好黃霄怡做家庭主婦樂在其中，否則也少不了抱怨。在新加坡的時候兩人幾乎每天都去影院看電影，他也不愛看需要靜心思考的文藝片，最喜歡的就是槍戰(zhàn)片，“不費(fèi)腦子”。
幾乎要把所有的腦力都留給工作。
比專注更難得的，是找對方向。在這上面，黃霄怡形容郁昱是“一意孤行”。
時間倒退十幾年，郁昱曾一度懷疑自己到底是不是“做研究的料”。在新加坡讀博期間，導(dǎo)師來自工業(yè)界，在學(xué)術(shù)上對他幫助有限，郁昱在研究上 “到處碰壁”，曾經(jīng)一度想過要放棄學(xué)位。勉強(qiáng)畢業(yè)之后，他去工業(yè)界工作過一兩年。
“工作的時候，我覺得我的人生就是每天朝九晚五，沒有學(xué)到任何的東西，可能就這樣定型了，” 郁昱覺得，自己還有學(xué)術(shù)夢想，就試著申請一些工作，最終選擇了比利時的魯汶大學(xué)做博后。
當(dāng)時，他和妻子的第一個孩子出生不久，妻子回國內(nèi)帶孩子，他在新加坡，一個人就做了決定。那時，他對比利時的了解，也就是地圖上的一個小點(diǎn)。
“沒有跟我商量過，就直接通知我，我要去哪里做博士后。我就給他翻白眼?！?談起那時候，黃霄怡還是有點(diǎn)好氣又好笑。但最終，她選擇支持丈夫的決定，帶著女兒一起搬到了歐洲。
在比利時結(jié)束博士后的研究回國，郁昱先是在華東師范大學(xué)工作，又覺得“日子太舒服了”，就去應(yīng)聘清華大學(xué)交叉信息研究院的教師崗位，從上海跑到北京。面試中，唯一的圖靈獎華人得主姚期智先生評價他博士后期間的工作“挺時髦”，把他留了下來。
姚期智先生管理下的研究院，青年學(xué)者不需要太擔(dān)心項(xiàng)目壓力。在那里，郁昱專心研究，在姚期智先生的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器工作之上，大大拓展了一個特殊問題的適用范圍。
回到上海后，他加入上海期智研究院，開展理論與應(yīng)用結(jié)合的密碼學(xué)工作。
近些年，區(qū)塊鏈技術(shù)開始變得火熱，人們對隱私保護(hù)意識也在提升，密碼學(xué)又成為了熱門領(lǐng)域。對此，郁昱有興奮，也有擔(dān)憂。興奮是因?yàn)閷W(xué)生的工作更好找了，擔(dān)憂則在于理論人才流失去工業(yè)界。
他形容，現(xiàn)在的密碼學(xué)正在從 “黑白電視時代” 轉(zhuǎn)向 “彩色電視時代”。這為密碼學(xué)家創(chuàng)造了許多機(jī)會，但也帶來浮躁。
“姚先生那個時代研究理論問題，把理論問題抽象化，給出了很優(yōu)雅的解決方案。但是當(dāng)映射到現(xiàn)實(shí)世界時，沒有那么簡單，需要優(yōu)化、妥協(xié)，要考慮性能，會遇到各種各樣的問題?！?他說，“傳統(tǒng)理論，大家都是紙上談兵，給一些結(jié)果、給一些證明什么的就可以，現(xiàn)在是真的要落地。”
目前，他正與姚期智先生等一同推進(jìn)基因領(lǐng)域的安全多方計(jì)算，參與 “安全基因項(xiàng)目”（Secure DNA Project）。各國的基因庫信息有國家安全意義，很難跨境分享，而一些基因組學(xué)研究則需要跨境合作，綜合分析不同基因庫的信息。如何在不分享完整序列，或者加密后再分享序列的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，又不產(chǎn)生數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，郁昱說這些就需要將姚先生之前的理論研究落地。
郁昱說，他們已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了短基因片段的安全計(jì)算，但如果是一個全長的基因組，數(shù)據(jù)量仍然太大，他們?nèi)匀辉谙敫咝У挠?jì)算辦法。
未來，如果實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，生物、金融等等領(lǐng)域也許都能用得到。
制版 | Vikki
