丁津泰

人物介绍

丁津泰，美国耶鲁大学博士，曾任辛辛那提大学威廉·塔福特教授，现任清华大学数学科学中心和北京雁栖湖应用数学研究院双聘教授。早期主要从事量子仿射代数、表示论的研究工作，目前的研究方向是后量子密码学。曾三次担任国际后量子密码学会议的联席主席，是国际上多变量密码学著名学者之一。

回归

2021年3月，国际后量子密码学者丁津泰教授回到了阔别30年的祖国，加入由丘成桐教授领导的清华大学丘成桐数学科学中心和北京雁栖湖应用数学研究院，参与清华大学应用数学的学科建设。

半年过去，他组建的丁实验室（Ding Lab）已经十分完备。该团队由近10位研究人员组成，专注于后量子密码、隐私计算及相关的应用领域，并计划在未来继续招收更多博士后以壮大科研团队。产学研合作正进行得如火如荼，国内多家机构向他伸出橄榄枝，与国内学者的跨领域合作，也在顺利推进。

密码学，正逐渐脱去神秘的外衣，从小范围应用于涉密机构，发展为广泛地应用于民用、商用、公共领域等方面，服务于互联网时代的每个普通人。在网络信息传输过程中，公钥密码算法是最重要的技术保障，也是互联网时代网络信息安全的基石。

随着量子计算机技术的迅猛发展，传统公钥密码算法面临巨大安全威胁。经典计算机需要数百年才能破解的公钥密码算法，在量子计算机面前，将变得不堪一击。后量子密码是为了应对量子计算机攻击而诞生的密码学新分支。学术界普遍认为，后量子密码算法将会逐渐代替现行的公钥密码算法。

丁津泰专攻后量子密码研究多年，这个前沿学科可以说是当前最富战略性的关键研究领域。

选择

回忆起大学时阴差阳错选择了数学专业，丁津泰并无抱怨。他还记得曾经得到过的建议：“数学只需要一张纸、一支笔，就能走遍全世界。” 多年来，无论学术休假亦或参加全球各类学术会议，丁津泰走遍世界，这一点令他十分欣慰。谈起过往的经历，他回忆道，“几乎每换一个学校就换一个方向。” 本科时，在西安交通大学，他学习计算数学，觉得过于枯燥，于是自学了一年，研究生考入中国科技大学，选择了最抽象的数论，并跟随华罗庚的学生陆洪文教授学习。在不到三个月的时间里，他就取得了重要突破，证明了德国数学家西格尔（C.L.Siegel）的猜想，并因此被中国数学学会授予钟嘉庆数学奖。

丁津泰进入耶鲁大学攻读博士学位，在选择导师和方向时，也有一段有趣的故事。他选修的第一节课，由数论领域著名俄罗斯裔数学家皮亚捷茨基-沙皮罗(Ilya Piatetski-Shapiro)授课，这位俄罗斯裔数学家原本是丁津泰心目中的理想导师。然而当沙皮罗问大家是否能听懂他的俄式英文时，这位“耿直男孩”回答：No。丁津泰还能清楚的回忆起沙皮罗盯着这个过于诚实的学生，足足三分钟。丁津泰心想，在这一番顶撞后，从师于沙皮罗大概是不可能的了。于是，他选择跟随年轻有趣的导师伊戈尔·弗兰克尔（Igor Frenkel）学习代数表示论，毕业论文则是与超弦理论有紧密关系的量子无限维李代数，该研究十分贴近数学物理领域。

博士毕业之后，丁津泰受邀加入日本顶尖的研究所——京都大学数理解析研究所。这里云集了日本一流的数学家，其中包括因三维代数簇分类而闻名的菲尔兹奖得主森重文(Shigefumi Mori)以及数学物理领域颇有建树的三轮哲二教授(Tetsuji Miwa），是绝佳的研究环境。

1998年，丁津泰返回美国于辛辛那提大学任教。在这里，他延续了此前的研究方向，但总希望寻找新的挑战。2000年，一篇关于量子计算的文章瞬间为他打开了新世界的大门，并促使他做出了学术生涯中最重要的一个决定。

冒险

把量子力学和信息理论结合起来的想法出现在20世纪70年代。1981年，美国阿拉贡国家实验室的保罗·贝尼奥夫（Paul Benioff） 最早提出了量子计算的基本理论。1982年，费曼（Richard Feynman）发展了前者的设想，提出了按照量子力学规律工作的计算机的概念，这被认为是最早量子计算机的思想。1994年，美国教授彼得·肖恩（Peter Shor）在一篇文章中提出了一个新的量子算法，该算法能在短时间内破解当时所有的公钥密码算法，包括RSA和椭圆曲线密码。那时，量子计算机仍然是个遥远的构想，这些发现并没有引起学界充分的重视。2000年，MIT教授艾萨克.庄(Isaac Chuang)花费了1500万美金用量子计算机分解了15=3x5，这看似毫无意义的实验，却真实验证了运行量子算法的可行性。

读罢此文，丁津泰认为，这将彻底颠覆所有已知公钥密码算法。因此，他决定放弃现有的方向，转而研究下一代能够抵制量子计算机攻击的密码算法，即“后量子密码”，成为最早进入这个领域的学者之一。

丁津泰回忆说，以往的选择或多或少有被动、随机的成分，而选择后量子密码，他十分自信。他一边整理之前的研究结果发表论文，一边从头学习所有密码学的知识。他坚信，一个好的数学博士，没有什么是学不会的。在随后四年时间里，他鲜少产出，获得的科研资助也有所下降。当时的主流密码学学者都来自计算机领域，这导致他最初关于后量子密码的文章，因与主流密码学学者思路相异，经历了无数不被理解和接纳的情况。

有趣

2004年，在日本举行的一次小型密码学会议上，当时一位来自横滨大学的教授在报告中讨论了以指纹为基础的密码系统是否安全。这位日本教授介绍，只用一个小小的胶布，就可以轻易获取留在玻璃杯上的指纹。而一家德国公司，宣称开发出最安全的瞳孔识别密码，很快就有人利用其发表的高清照片，破解了密码。

显而易见，以生物特征为基础的密码不够安全。因此，丁津泰更加坚信以算法为基础才是后量子时代密码学的主流。在密码的世界里，破解是原动力，“这比数学要有趣的多，并能够产生现实的影响力。”

2005年6月，他提出了彩虹签名（Rainbow Signature)，是以密码学教授雅克·帕塔兰（ Jacques Patarin）发明的油醋(OV)签名与不平衡油醋(UOV)签名架构为基础。因交叠了双层油醋，类似彩虹结构，取名为“彩虹（Rainbow）”。

2007年，他在德国访问时，开始与约翰内斯.布希曼（Johannes Buchmann）合作。也就是在那时，他碰到越来越多这一领域的相关学者。

直到2015年，后量子密码领域突然备受关注。

这一年8月，美国国家安全局(NSA)宣布美国政府决定制定下一代后量子密码标准，且“刻不容缓”。2016年，美国国家标准与技术研究院(NIST）宣布征选后量子密钥标准。目前，已经历经三轮比赛，“彩虹”（Rainbow）签名位列其中，是中选的3个数字签名方案之一，也是NIST第三轮评选中唯一由华人主导的算法。

丁津泰所带领的团队还先后破解了两个NIST抗量子数字签名候选方案，包括Luov和GeMMS。相关研究成果分别发表在2020年的“欧洲密码学年会”和2021年“美国密码年会”上。其中，丁津泰与陶成东博士合作的相关结果，获得了2021年美国密码年会的荣誉提名（Honorable Mention）论文奖。欧洲密码学年会和美国密码年会均是国际密码学研究最顶级会议

与此同时，丁津泰于2011年发明的“丁氏密钥交换”算法（2012年发表），也受到了科研和产业界的广泛关注，并一度引发热烈讨论。2014年，密歇根大学教授克里斯·派克特（Chris Peikert）宣称发明了一种新的后量子秘钥交换算法，此后又延伸出了Frodo,NewHope,Kyber等后量子秘钥交换算法，其中NewHope一度用于谷歌浏览器之中。上述后量子算法都与“丁氏密钥交换”密切关联。相关论文已经认可了这个事实。关于后量子密钥交换的版权纷争，至今仍然是后量子密码相关论坛的热门话题之一。

经过二十余年的耕耘，丁津泰目前共拥有后量子密码相关专利6项，成为国际顶尖后量子密码专家。

丁津泰参与的后量子密码相关著作

Ding Lab （丁实验室）

2020年3月，在布兰迪斯大学教授连文豪教授的引荐下，丁津泰来到哈佛与丘成桐教授面谈。丘先生当下邀请他回国参与清华大学丘成桐数学科学中心和北京雁栖湖应用数学研究院的密码学学科建设。

谈起这一次选择，丁津泰说，他最看重的是清华大学的研究团队和生源，可以吸纳优秀的研究者和学生，搭建最理想的团队。

此外，我国对信息安全、数据交易安全的巨大需求，是密码学研究的优质土壤。

在丁津泰的带领下，目前Ding Lab（丁实验室）共有两位研究员。陶成东，主攻密码学和计算数学，擅长编程，曾经在华为有过数年的工作经历。他们共同破解了NIST三轮评选中的两个备选方案。而梁蓓专长于隐私计算。隐私计算指双方都拥有大量数据，但并不向对方开放彼此数据的前提下，进行数据的匹配和汇总。这两个研究方向，在现实中都有非常广阔的应用空间。

目前，丁津泰申请的一个区块链项目已经通过了科技部区块链项目的第一轮评审。回国短短半年多的时间里，丁津泰与清华大学社会科学学院经济学研究所教授汤珂开启了“数据交易平台”的合作研究项目，与国内搭建数据交易平台与市场的热潮相契合。获得企业、学界的青睐，并在多领域合作取得突破，丁津泰说：“这一切让人出乎意料的满意。”

理想

尽管丁津泰一直强调目前的成就得益于正确的选择，然而他一路走来所付出的努力不可忽视。

经历了从纯数学研究到应用数学研究的转变，丁津泰表示，从思考方式上，他仍然倾向于把问题抽象化再解决。与纯数学不同之处在于，应用数学要从实际中找到问题，并验证解决实际问题的效果——这是判断标准的不同。

“数学家进入一个非常理想的时代，但我们必须要实际一点。”丁津泰建议，至少本科生要学一点编程，这样才能够验证自己的想法。他把编程比喻为士兵上战场必须配备的武器。“编程已经成为基本工具。如果会编程，就业面也会广不少。”

回到中国后，丘成桐先生并没有为丁津泰设定太多硬性指标。谈起对自己的期待，丁津泰说，“比起数量，我更看重工作的质量和影响力。一句话能形容毕生的成就，那是最厉害的。比如丘先生，只要提卡拉比-丘就可以。”而他希望未来Ding Key Exchange即丁氏密钥交换可以成为他一生的荣耀。

丁津泰说：“我已经想好墓志铭——上面一个0,下面一个1，这是我发明的一个函数，叫做Signal Function（信号函数）,它是后量子密钥交换的最重要一步。”

供稿：丘成桐数学科学中心

编辑：李华山

审核：曲田