| 2006-12-28 17:33:29 |
| 本報記者 戴璐/文 |
 12月18日，第三屆中國青年女科學家獎頒獎典禮舉行。
中國青年女科學家獎是由全國婦聯、中國科協、中國聯合國教科文組織全國委員會和歐萊雅（中國）聯合舉辦的，目的在于表彰那些在科學研究和科學應用領域取得重大科技成果的青年女科學家，激勵更多的年輕女性投身到新時期我國科技事業的發展中來，為女性科技人才的成長創造條件、搭建平臺、營造氛圍。 獲得本屆中國青年女科學家獎的是，山東大學數學與系統科學學院所長、清華大學“長江特聘教授”王小云，東北林業大學森林植物生態學教育部重點實驗室副主任、教授付玉杰，中國軍事醫學科學院生物工程研究所研究室主任、研究員楊曉，西藏高原大氣環境研究所高級工程師卓嘎，中國科學技術大學化學系教授謝毅。其中來自西藏高原大氣環境科學研究所的卓嘎榮膺“西部特別貢獻獎”。 王小云:震撼國際密碼界的中國女性 密碼，聽上去就是一個很玄妙的東西；而專門研究密碼的密碼學就更讓人覺得神秘莫測了。但這一切在密碼學家王小云的眼里看來，卻再簡單不過了，“雖然很多人覺得密碼學是很玄妙的學問，其實，我們只是習慣于用數學方式思維而已，而一旦養成了這種思維方式，數字在我們眼中就像美妙的音符。” 提到密碼，近期在熒屏上熱播的《暗算》讓人對這個領域充滿了好奇與幻想，但實際上王小云的工作跟電視劇里不太一樣，“我們這個職業并不像電視劇中那么的緊張和刺激，也沒有那么戲劇性，實際上這就是一門很嚴謹的科學研究而已，甚至整個分析過程都是枯燥無味的。因為要不停的分析數據，要建立數學模型，經過數學的方式研究。當然，如果破解成功了，結果是很讓人激動的。” ▲▲▲引發密碼學界軒然大波 2004年以前，國際密碼學界鮮有人知王小云這個名字，甚至在她任教的山東大學里，她都談不上赫赫有名，于是，在2004年8月的國際密碼大會上，王小云并沒有被安排發言也是理所當然的事情。但是，她清楚地知道她有一項研究成果一定會在會議上引起轟動，于是，“我拿著自己的研究成果找到會議主席要求進行大會發言”。 發言中，王小云首次宣布了她及她的研究小組近年來的研究成果——對MD5等著名密碼算法的破譯結果。事情如她預想的那樣，在公布到第三個成果的時候，會場上已經是掌聲四起，她宣告了世界通行密碼標準MD5的堡壘轟然倒塌,引發了密碼學界的軒然大波，在參加過2004年國際密碼學會議的專家們看來，“一覺醒來，一切都變了”。緊接著，在2005年初，王小云又宣布了破譯SHA－1的消息，在國際社會的反響更可謂是石破天驚。 王小云介紹，世界上由于沒有兩個完全相同的指紋，因此指紋成為人們身份惟一和安全的標志。在網絡安全協議中，使用Hash函數來處理電子簽名，就能夠產生理論上獨一無二的電子文件的“指紋”，形成“數字手印”。按照理想安全要求，經過Hash函數產生的指紋，原始信息即使只改變一位，其產生的“指紋”也會截然不同。即使調用全球的計算機，也難以找到兩個相同的“數字手印”，因此能夠保證數字簽名無法被偽造。 而兩大密碼算法MD5和SHA-1是Hash函數中最重要的兩種，是目前國際電子簽名及許多其他密碼應用領域的關鍵技術，廣泛應用于金融、證券等電子商務領域。MD5和SHA－1的破譯表明了從理論上講電子簽名可以偽造，必須及時添加限制條件，或者重新選用更為安全的密碼標準，以保證電子商務的安全，否則會嚴重威脅網絡安全。 MD5密碼算法，運算量達到2的80次方。即使采用現在最快的巨型計算機，也要運算100萬年以上才能破解。但王小云和她的研究小組用普通的個人電腦，幾分鐘內就可以找到有效結果。而SHA—1，是由美國標準技術局和美國國家安全局設計并頒布的國家標準，主要被政府部門和私營業主用來處理敏感的信息。王小云宣布破譯SHA—1后，《華盛頓時報》隨后發表文章稱，“中國解碼專家開發的新解碼技術，能有效地攻陷SHA—1所構筑成的保安系統，進入美國政府重要的部門，如五角大樓及情報機關。”美國國家標準與技術研究院也隨即表示，為配合先進的計算機技術，美國政府5年內將不再使用SHA-1,并計劃在 2010 年改用先進的SHA-224、SHA-256、SHA-384 及SHA-512 的密碼系統。而微軟、SUN和Atmel等幾家知名公司的專家也開始積極商討應對之策。 在公布破解MD5報告前，王小云曾跟丈夫開玩笑說，“我作完這次報告后，你猜我的名字會不會出現在Google里？”而現在，用Google搜索王小云的名字，結果已經不是數以萬計可以形容的了。 ▲▲▲密碼學非常具有挑戰性 1990年師從著名數學家潘承洞教授攻讀數論與密碼學專業博士的王小云，在潘承洞、于秀源、展濤等多位名師的指導下，成功地將數論知識應用到密碼學中，并從上世紀90年代末開始進行Hash函數的研究，“在導師的建議下，我比較早地接觸了密碼學，其新穎的思維方式和研究方向引起了我的興趣。與數學研究相比，密碼學有更多吸引人的地方，也更具有挑戰性。”說到電視劇《暗算》，王小云覺得自己的工作更像是“明算”，“全世界的密碼分析學家是在一個公開的平臺上工作，密碼算法設計的函數方法和密碼分析的理論都是公開的。我們的工作就是評估一種密碼算法的安全性，尋找更安全的密碼算法。” 2002年圖靈獎獲得者，MD5的創造者，世界最權威的密碼學專家之一Rivest曾這樣評價過王小云，“王小云教授所做的工作，我想強調的是她所研究的Hash函數是近15年來密碼研究學中最不活躍的領域。所有主要的Hash函數早在1980年代末或1990年代初就已經被發展和定型，并且后來幾乎也沒有再出現有關其安全性的研究成果。而王教授的研究以獨特的方式打破了這種沉悶的局面，并對該領域的理論研究和實際應用產生了極大的影響。特別是一些被廣泛應用的Hash函數，如MD5，將不會再被使用。而未來的Hash函數將會以新的設計原則來發展。” 對于這個評價，王小云表示，15年來Hash函數研究確實成為不少密碼學家心目中最無望攻克的領域，“設計一種新的密碼大約需要8年的時間，要破解則一般需要花費10年左右的時間。密碼學就是在這種不斷的創立和破解中發展的，但事實上很多密碼學家嘗試去破譯各種密碼，都沒有突破性的成果。”當初選擇這個領域也意味著自己很有可能永遠不會取得實質性的結果，“但我就想知道，Hash函數真像看上去的那么牢不可破嗎？” ▲▲▲女性團隊破解密碼 女性是感性的，但數字卻是抽象、枯燥的，可是王小云帶領的密碼破譯小組均以女性居多，“我的8名博士生里面有6個是女性，她們在密碼學領域里的表現都是很出色的。在學習上，女生用功，成績好。在科研中男性有男性的優勢，思路較寬，但干得較細、較完美則是女性的長處。” “有的人覺得小說很有意思，那她就適合文學思維方式，有的人則比較適合數學的思維方式。一旦形成思維定式，許多原本枯燥的事情就變得有趣多了。就現在看來，我只是比較適合數學的思維方式而已。其實數學就是做題，只要是能把題目做出來，自己就感覺很高興。” 雖然現在的王小云，早已經是學術領域內的翹楚，她對MD5和SHA-1的破解，已經成為國際密碼學界必提的一個轉折點，但她最希望的是自己能像成名前那樣不受到外界任何的干擾，不讓雜事干擾自己正常的工作和生活，還是希望能像從前那樣只埋頭在Hash函數中。所以她盡量謝絕各種活動的邀請和各種采訪，“實在不想浪費時間，很多會議主題相同，而且現在網絡又這么發達，每次會議還沒有結束，就已經可以在網上看到各類論文了，可以隨時掌握動態。” ·王小云簡介· 山東大學數學與系統科學學院 所長 1966年生，數論與密碼學研究領域博士。現任清華大學“長江特聘教授”，楊振寧講座教授，山東大學特聘教授，山東大學密碼技術與信息安全教育部重點實驗室（籌）主任。2005年杰出青年基金、2006年求是杰出科學家獎獲得者。自1996年至今，先后主持完成了國家“九五”密碼發展基金項目，“十五”密碼發展基金項目，863計劃項目。目前正負責主持自然科學基金重大研究計劃面上項目以及973計劃課題一項。 研究領域為密碼算法分析與設計，密碼學中的數論代數問題研究，可證明安全計算問題研究。特別在密碼算法——Hash函數的分析與設計方方面，自1996年至今破解了多個國際通用的系列 Hash 函數算法MD4,MD5, RIPEMD,HAVAL -128, SHAA-0 ,SHA-1。其中MD5與SHA-1被廣泛用于計算機安全通信，如信息的完整性檢測，電子簽名，認證技術等關鍵技術。 MD5 與SHA-1 的破解結果于2006年獲得陳家庚科學獎。2005關于Hash函數研究方面的四篇論文獲得最佳論文獎，其中Crypto 05最佳論文1 篇，Eurocrypto 05最佳論文2篇。 標志性科研成果：利用原創性Hash函數密碼分析新理論與新技術破解多數國際通用的Hash函數算法。 2004-2005 標志性論文7篇，自2004年8月結果公布以來，SCI刊物被他人引用57次。 楊曉：和小鼠呆在一起的時間比跟女兒多 在上臺領取2006“年中國青年女科學家獎”的時候，楊曉非常動情地感謝了自己的家人，其中特別突出了“我要感謝自己的公公、婆婆”。雖然在楊曉看來，女性科學家跟普通女性沒有什么不同，“可能在科學的訓練下，做事情會更加嚴謹更加認真。我覺得科學的目的就是發現真理，可能更愿意說實話”，但是，她還是承認，要兼顧科學研究和家庭，女性科學家會比一般女性要辛苦很多。 ▲▲▲小鼠和人的基因很相似 說通俗點，楊曉的研究對象是基因，而她的工作對象則是小鼠，“人的性別、身材甚至思維方式都是基因決定的。人類全基因組29億對核苷酸的序列測定出來之后，大約3萬個基因的生理功能并不是完全都了解的。基因代表的含義到底是什么，哪些基因異常就會導致什么樣的疾病，這些都還在進一步試驗當中。包括小鼠在內的模式生物是深入研究人類基因功能的良好系統。很多人會有疑問：小鼠怎么會和人一樣呢？但事實上小鼠和人的差異比我們想象的要小得多。小鼠是具有較短世代周期的哺乳動物，組織細胞的生理結構、功能特征和生化途徑與人類相似。其次，小鼠基因組規模與人類基因組近似，小鼠和人類的差異基因也就是幾百個，最重要的是，轉基因技術和基因打靶技術的發展已使得對小鼠活體的遺傳物質按預期方式進行改造成為可能，遺傳修飾的小鼠因此也成為研究基因功能的最有效的系統之一。” 1996年，楊曉由軍事醫學科學院生物工程研究所和國家外專局聯合派出，到美國國立健康研究院鄧初夏研究員實驗室學習基因剔除技術。對于基因剔除技術，楊曉介紹道，“就是利用同源重組技術和胚胎干細胞技術把將小鼠里面基因組中特定的基因去掉，然后觀察小鼠會得什么病。通過這樣的方式將特定的基因同特定的發育過程、細胞生物學功能，以及疾病的發生過程聯系起來。像我們這些年一直關注的轉化生長因子－β信號通路，就是通過將小鼠中這個信號通路上的一些基因去掉以后，阻斷不同細胞對這種信號通路的反應性，然后小鼠就會得比如說皮膚癌、心肌肥厚、骨骼發育異常等等一些疾病。通過這樣的試驗把基因和一些特定的疾病聯系起來，為這些疾病的研究和治療提供一些新的線索。研制成功的人類疾病小鼠模型也可以用于對某些新的藥物和治療方案進行評價和評估。”對此，楊曉還作了一個通俗的比喻，“就像我們看一個人在一個團隊里面重不重要，最簡單的方法就是把這個人從團隊里面去掉，然后再來看，這樣對整個團隊會有什么樣的影響一樣。” 在國外的日子本來可以不會那么辛苦，但為了抓緊時間在最短的時間內學到技術做出成績，她一周工作七天，平均每天工作12小時以上。 1998年，楊曉去現代分子生物學發源地美國冷泉港參加“國際小鼠分子遺傳學”會議，她在會上做的報告，贏得了各界專家的贊譽。但是楊曉卻怎么也高興不起來，因為會上新報道的轉基因及基因剔除小鼠200余例，沒有一例來自中國，這說明，中國在這一研究領域還是一片空白。她深深地被震撼了，想到自己來美國學習基因剔除技術已經兩年多了，是時候回去報效祖國了。 ▲▲▲十年如一日 1999年，楊曉回到了祖國。她成為軍事醫學科學院生物工程研究所最年輕的研究員，更帶回了所學的技術，此外，與她同行的還有在美國的研究成果以及合作項目獲得的基因剔除及轉基因小鼠近十種共60只。這些寶貴的生物資源為進一步進行相關基因功能的研究奠定了堅實的基礎。 當時，國內雖然在轉基因動物作為生物反應器領域的研究取得了一些進展，但整體水平上與發達國家仍有相當大的差距，而且基因剔除尚處于起步階段，只有零星成功的報道。于是，楊曉在院所領導和老專家的支持下，建立了發育和疾病遺傳學研究室，“我們這十年來一直盯著轉化生長因子－β信號通路在做研究。一開始是在小鼠的所有細胞里面把這個基因去除，如果這個基因太重要的話，突變小鼠在胚胎期就死掉了。而現在可以做到在特定的組織細胞里，比如說只在這個小鼠的心臟里把這個特定基因去掉，這樣就可以更好地模擬人類疾病發生的過程。” “人生病，有的是家族遺傳的，有的出生以后受到某些環境因素的影響，導致某一個細胞的某一個基因壞掉了。我們現在通過組織特異性條件基因剔除技術可以模擬人類疾病相關的體細胞突變，深入研究已知或者未知基因在疾病的起始、發生和治療過程中的作用及其機制。” ▲▲▲科學的樂趣在于發現 楊曉覺得做科學研究最大的樂趣就在于總能發現一些新的東西，新的規律，新的現象，“這個世界上本來沒有人知道的事情，通過你的研究發現了，并通過試驗證實這些發現是正確的，我覺得最主要的樂趣在于發現新知的過程當中。”楊曉舉了一個例子，“比如說我們把小鼠皮膚角質細胞里的一個基因去掉，本來是要試驗其與得皮膚癌的關系，結果發現突變了的小鼠竟然還有脫毛的表現，這就證明了這個基因跟毛囊的周期也是有關聯的。” 像絕大多數科學研究者一樣，楊曉晚上待在實驗室查資料、寫論文都是家常便飯，這當然是以犧牲了一定的家庭生活為代價的。“女兒小時候會經常抱怨，她希望我有更多的時間來陪她，她常說，雖然是我的女兒，但好像還沒有我實驗室的小老鼠重要，我跟小鼠們在一起的時間比跟她在一起的時間都要多得多。” 楊曉還是非常幸運的，她的丈夫很理解她，全力支持她的工作，女兒長大懂事以后也再也沒有發出類似的怨言了。她的公公更是提前退休在家照顧她的女兒，家務事也基本上全是她公公、婆婆在打理。“我自己也會盡量平衡家庭和實驗室的工作。女兒今年要考初中前，我就會盡量減少了晚上待在實驗室的時間，每天晚上她睡前我都會跟她在一起，聊聊天，給她一些鼓勵。” ·楊曉簡介· 軍事醫學科學院生物工程研究所研究室主任 楊曉研究員，軍事醫學科學院生物工程研究所發育和疾病遺傳學研究室主任，博士生導師、中國遺傳學會常務理事。近年來一直從事發育和分子遺傳學研究，利用轉基因和基因剔除小鼠研究基因在發育和相關疾病發生中的功能和機理。她的研究揭示了轉化生長因子-β信號轉導分子SMADs在發育和維持正常組織穩態過程中的作用，以及抑制多種疾病如皮膚癌、心肌肥厚等發生的功能及其可能機制。她在這一領域的許多原創性工作得到了國際其他獨立研究小組的引證，36篇SCI研究論文影響因子總和超過200，SCI引用次數超過1416次。2000年獲得國家杰出青年基金資助。2002年獲得日本JALAS 國際獎。2004年獲得全國三八紅旗手榮譽稱號。2005年獲得第三屆全國優秀科技工作者榮譽稱號。2006年獲得“求是杰出青年獎”。 卓嘎：高原氣象“仙女” 卓嘎，在藏語中是指白度母，白度母是密宗佛教里的女神，相當于漢族的仙女。 今年剛剛34歲的卓嘎，是2006年“中國青年女科學家獎”五位獲獎者中最年輕的，一身亮麗的藏族服飾輝映著她明亮的雙眼。當她被人稱為“科學家”時，她會靦腆地一笑，“我只是剛剛開始一個研究階段，剛剛開始跟科學家沾了一點點邊”，然后接著又嚴肅地強調，“我只是一名很普通的科技工作者”。 ▲▲▲誤打誤撞入行 氣象學以數學和物理知識為基礎，可是卓嘎在高中時卻曾經為物理頭痛不已，她覺得自己最后進入了氣象學領域純屬偶然，“我最初的愿望是當一名老師，但身邊的人都說當老師要管教不聽話的學生，很辛苦。后來聽老師說女孩子學氣象比較好，于是我大學的專業就這么選擇了氣象學，可是當時我對氣象沒有什么概念。” 氣象工作每天就是和各種數字、衛星云圖打交道，在旁人看來非常無趣、枯燥，而且也比較清苦，可是當年誤打誤撞入行的卓嘎卻執著地堅持了下來，從南京氣象學院天氣動力學專業，到獲得南京氣象學院氣象學碩士學位，再到中國氣象科學研究院氣象學博士，接著又是韓國漢城延世大學大氣科學系博士后出站，卓嘎頗有毅力地堅守著氣象研究這一領域，并在畢業后回到了西藏，在西藏高原大氣環境科學研究所從事高原氣象研究工作，“我來自西藏，作為藏族人，我挺自豪的。藏民族有著悠久的歷史文化、獨特的人文景觀，藏族人民具有熱情、真誠、善良、樸實、勤勞勇敢的傳統美德。在西藏，每年都有很多博士、碩士從國內外畢業回到家鄉工作。我相信他們跟我一樣，除了為了更好地進行科學研究之外，情感的因素也是吸引我們回來的一個重要的原因，都希望能為家鄉做一些貢獻。” ▲▲▲工作中的樂趣需要自己去尋找和體會 占我國陸地面積約1/4的青藏高原，氣候獨特而復雜，本身的地理位置和其所起的作用對整個下游地區以及我國整個東部地區及整個東亞天氣氣候的變化都有著很重要的影響。對于氣候變化來說，青藏高原也是一個很重要的啟動區，科學家們認為，對青藏高原地區氣候及環境變化的監測分析，可以更早獲得全球變化預警信息，“青藏高原作為‘地球的第三極’，對全球氣候變化以及災害性天氣的形成具有深刻的影響。我所承擔的青藏高原地區氣象研究項目，能夠為地方政府與相關部門提供災情監測信息，減少各類氣象災害帶給社會的經濟損失。同時，深化青藏高原對我國天氣及氣候變化影響的認識，對于天氣預報、短期氣候預測準確率的提高，氣象業務和服務的發展具有十分重要的作用。” 但是高原氣象研究跟平原氣象研究是很不一樣的，“高原氣象研究側重于氣候變化的研究，另外就是數值天氣預報的研究，這也是高原氣象研究的一個難點。”數值天氣預報，基本原理是根據大氣運動規律，建立數值預報模式，再把觀測到的初始氣象資料，輸入到模式當中，計算出未來的天氣狀況。所以數值天氣預報首先就要有觀測資料，但是高原上的觀測資料是非常少的，“高原土地遼闊，地勢復雜，還有很大一片的無人區，這些地方是不可能設立觀測站的，觀測站就非常稀少，由于觀測資料、模式本身參數化方案以及其他方面的不可預見性，就會影響到數值預報的準確率，所以我們現在只有借助遙感資料的運用。而且我們現在使用的數值天氣預報模式除了我國建立的數值天氣預報模式外，還從國外引進了一些模式，但是這些模式用在平原地區預報降水什么的會很好，但是到了高原上面，遇到了復雜的高原地形，預報效果就會大打折扣了。”此外，缺乏先進觀測儀器和設備，技術力量相對薄弱等等，這些都造成了高原氣象研究的難點。 雖然困難重重，可從不服輸的卓嘎偏就樂在其中，“有時花費了很多時間和精力，做出來的結果沒有價值，或是意義不大，有時候也會很沮喪。但很多研究工作是不能立竿見影的，需要經過實踐的檢驗，工作中的樂趣需要自己去尋找和體會。在研究當中，會學到很多知識，接觸到其他的學科，這些就給我帶來了很大的樂趣。”專業并沒有接觸過遙感的卓嘎，現在正在寫的一個論文就是關于如何把遙感資料運用在高原氣象研究上，并且，非常樂在其中。 ▲▲▲為使家鄉變得更美麗 自稱生活當中并不是一個特別細心的卓嘎，在讀博士之前，在西藏氣象臺做過一年的氣象預報員，那是個非常需要細心的工作，卓嘎在工作上卻毫不馬虎，每天認真地忙于畫天氣圖，分析天氣圖。做氣象預報員不僅需要理論知識，更加需要長期積累的豐富經驗，預報的結果往往是政府決策的重要依據。因此，每個預報員都面臨著巨大的壓力。 也正是這段日子，讓卓嘎充分認識了天氣預報的重要性和深刻內涵，所以現在卓嘎更是幾乎讓科學研究占用了生活上的大部分時間，“如果真要做研究的話，僅僅是白天上班的時間是不夠的。” 一切努力都會有結果的。今年，卓嘎申請到一項國家自然科學基金項目“西藏農牧區植被遙感監測及其對氣候變化的響應”，該項目將結合常規氣象資料與衛星遙感資料，探討西藏主要農牧區的植被生態環境及其與氣候變化之間的互饋作用。“西藏作為青藏高原的主體部分，探討西藏主要農牧區的植被生態環境及其與氣候變化之間的互饋作用，對進一步發展當地的農牧業生產，保護高原生態環境和生物多樣性，實現草地資源的可持續利用都有極為深遠的現實和戰略意義。” 這個項目將要持續三年，卓嘎初步的設想是從明年開始在野外建立站點，進行觀測和調研。 要去實地考察，自然會很辛苦，卓嘎表示，“農區主要是在日喀則地區，牧區主要是在那曲，藏北地區的海拔比較高，條件也比較艱苦。”但這一切在卓嘎看來都不是困難，“我熱愛我的故土，希望在這塊神秘而美麗的故土上，能夠用自己的努力取得更多的成績，使我的家鄉變得更加美麗。” ·卓嘎簡介· 西藏高原大氣環境科學研究所高級工程師 卓嘎，藏族，中國共產黨黨員，天氣氣候高級工程師，1972年2月出生于西藏林芝地區，1994年畢業于南京氣象學院天氣動力學專業，1998年獲得南京氣象學院氣象學碩士學位，2002年獲得中國氣象科學研究院氣象學博士學位，2003年9月韓國漢城延世大學大氣科學系博士后出站。2003年10月至今在西藏高原大氣環境科學研究所從事青藏高原氣象研究工作。 目前研究方向主要涉及青藏高原災害性天氣過程、高原對中國東部地區暴雨的影響、全球氣候變化、數值天氣預報和衛星資料同化技術、高原地區生態環境監測、衛星遙感資料反演及其應用等方面。曾經跟隨導師們參加了青藏高原大氣科學試驗等多項國家重大項目的研究工作。 |
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