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數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2025年06月06日 14:25 來源:數(shù)字中國打印

  中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)高等研究院楊振寧講座教授——王小云

  尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),我今天報告的內(nèi)容就是數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),跟我們這個主題非常吻合。今天我主要介紹以下4個方面的內(nèi)容。

  一、密碼與數(shù)據(jù)安全

  剛才劉局長已經(jīng)說了,好多關(guān)于區(qū)塊鏈、隱私計算實際上都是打通數(shù)據(jù)要素,高效流通非?;A(chǔ)性的技術(shù)。我們國家高度重視數(shù)據(jù)安全,實際上習(xí)近平總書記提出要維護國家數(shù)據(jù)安全、保護個人信息和商業(yè)秘密、加快構(gòu)建數(shù)據(jù)基礎(chǔ)制度體系。習(xí)近平總書記也提出以顛覆性技術(shù)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力,實際上數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)安全都是新質(zhì)生產(chǎn)力重要的領(lǐng)域。我們在2022年中共中央、國務(wù)院發(fā)文提出,保護個人隱私和確保公共安全前提下來保障我們的數(shù)據(jù),實際上做隱私計算的人都非常清楚,就是隱私計算可以保障這個屬性。

  全球的話,也出臺了很多數(shù)據(jù)安全戰(zhàn)略,包括很多條例,我們不能說太多。有一個比較有影響力的就是歐洲的通用信息保護條例,這是執(zhí)行得比較好的一個條例。美國開展的密碼隱私計算專項,特別是高速芯片來保障,實際上就是搶占這個行業(yè)產(chǎn)業(yè)高地的部署。2024年,大家知道美國白宮發(fā)布了一些關(guān)鍵新興技術(shù)國家戰(zhàn)略,包括數(shù)據(jù)隱私、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),還有分布式賬本,實際上大部分都是跟數(shù)字技術(shù)有關(guān)系。今天我們的數(shù)據(jù)安全面臨很多重要的問題,大家往往忽略的就是數(shù)據(jù)篡改的攻擊,大家覺得加密就行了。但是大家一定注意,不管你是哪種網(wǎng)絡(luò),專用的還是公開的網(wǎng)絡(luò),實際上攻擊者都是用一樣的能力來進行篡改的,大家一定注意這個問題。比如說我們心臟起搏器,你心跳200下,胰島素泵給你的劑量篡改到20倍,這個人的生命很難保障的,這是數(shù)據(jù)篡改的攻擊。還有一種數(shù)據(jù)篡改的攻擊,大家要注意,是無碰撞攻擊,有碰撞一定是有攻擊的。大家一定注意,就這個技術(shù)的出現(xiàn)催生了一些病毒,攻擊我們的基礎(chǔ)設(shè)施,這就是借用密碼算法攻擊的兩個重大的攻擊事件。密碼這么重要,它保障的是信息安全的機密的完整性、可驗證性。

  今天我們國家已經(jīng)有比較完備的法律體系,包括密碼法、數(shù)據(jù)安全法等一系列的法律。從法律層面,我們國家是世界領(lǐng)先的,世界領(lǐng)先的法律體系逐步建立起來。下面介紹密碼技術(shù)和隱私計算,首先是密碼技術(shù),完善密碼系統(tǒng)的概念,密碼學(xué)實際上最早是從軍事發(fā)展的,就是點到點的通訊。互聯(lián)網(wǎng)時代的通訊就是一對多的通訊,這就是國外加密發(fā)展起來的。今天我們直接到后面的,剛才跟林惠民院士交流,實際上我們密碼學(xué)本身就是扛量子計算攻擊的,今天我們又回到現(xiàn)代密碼學(xué)的開始的地方,密碼學(xué)最早的設(shè)想我們已經(jīng)實現(xiàn)了。美國2006年制作高維格的密碼研究的三個算法,一個是基于哈市函數(shù),所以說就可以看出來互聯(lián)網(wǎng)的密碼大體的研究的范圍。美國還進行了第二批標準的制定,有4個算法,其中兩個已經(jīng)被破解了,清華大學(xué)也破解了一個,我們這個團隊給它進行了破解。2023年的話,美國就征集了第二大批次的40個簽名的算法,這個階段我們成功設(shè)計的具有數(shù)據(jù)難題的,真正的抗量子計算機攻擊的算法。美國國家現(xiàn)在也明白過來了,就是給機器加強密碼的合作,實際上就是為了應(yīng)對中國的挑戰(zhàn),我們國家在這方面還是非常先進的。高維格密碼很簡單,實際上1983年高斯提的一個概念,它有兩大數(shù)學(xué)難題,就是找一個最短的格向量。第二個問題就是我們認定了一個目標向量器,找最近的一個格點,所以我們設(shè)計就是這兩個數(shù)學(xué)難題,對抗量子計算機的攻擊。大家看,實際為什么設(shè)計這個密碼算法非常成功,我給學(xué)生提了一個問題,我們做一個高斯采樣算法就可以了。你采得最好,你設(shè)計的密碼算法就是國際上最好的。但是有一個問題,因為密碼格是隨機格,它是隨機高斯,我們離散高斯就是隨機高斯分布,我們的密碼算法就可以設(shè)計得是安全的,它有一個光滑參數(shù),我們團隊圍繞這個高斯測度進行采樣。實際上,我們給了一個高斯采樣的通用算法,并且給出了高斯光滑參數(shù)一個新的定義,一個新的公式,就是你做出一個最好的高斯采樣,你設(shè)計的密碼算法就是最好的。所以獲得了去年的最佳論文,所以我們一定要注意關(guān)鍵核心問題,一般的暫時先不做。

  美國尼斯特經(jīng)過六年選出4種算法,三個是高維格,現(xiàn)在我們國家的密碼團隊設(shè)計的多個算法綜合性能超過了美國標準。實際上,抗量子計算機攻擊的密碼算法的最大優(yōu)勢是比不抗量子計算機攻擊的密碼速度還要快。

  二、密碼技術(shù)與隱私計算

  大家知道我們希望數(shù)據(jù)進行計算的時候,加密以后全是密文,如果對它進行操作,這是很難的問題,函數(shù)畢竟不一樣。2023年,聯(lián)合國大數(shù)據(jù)工作組發(fā)布了隱私計算,剛才我非常高興,我們的劉局長提到了安全計算,提到了隱私計算。我們這個團隊做了一個非常好的工作,BFV已經(jīng)是RSI標準層,這是非常核心的加密算法,但是有人提出來大素數(shù)下并行計算,只要是大素數(shù)的時候可以進行同臺加密計算,它的最大的問題就是效率低,這是學(xué)界的難題。我們提出來一個新型的算法,大家知道加密就是用這一些算法來支持的,所以這是最核心的一個算法。我們提高了151倍,傳統(tǒng)的就是計算兩三分鐘要停機12小時降噪,現(xiàn)在我們是計算兩三分鐘只停14分鐘降噪就行了,這是軟件的實現(xiàn)。下一步是硬件實現(xiàn),如果硬件實現(xiàn)就是秒級實現(xiàn)了,運行兩三分鐘就停止兩三秒鐘,因為大家都在計算,它安全性是衰減的,不能一直計算下去,它是這么一個概念,大家就可以看出來了,這就是美國做的工作,我們把它提升了151倍。我們還有一個后續(xù)的工作,也得到了比較好地體現(xiàn),現(xiàn)在應(yīng)該說,并行運算的算法是可以進行工業(yè)化部署了,特別是硬件實現(xiàn)的。

  三、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施安全

  關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是非常必要的,不管是什么行業(yè),實際上密碼系統(tǒng)、密碼計算最多達到4級安全,如果是芯片可以達到5級、6級、7級,所以硬件是基礎(chǔ)設(shè)施,是我們整個國家的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施的部署,從安全性來說,軟件是達不到這個高度的。目前,我們的金融、電力、交通做商用密碼的部署方面已經(jīng)部署完了,我們銀行卡全部覆蓋,我們的電表幾年前已經(jīng)達到5級以上,還有我們的ETC也是通過商用密碼的部署。我要介紹一款最重要的基礎(chǔ)密碼設(shè)施就是密碼芯片,就是SEA,它要支撐整個的加密,大家知道,密鑰和軟件保護一樣,怎么保護都很難,我們做的實驗就不具體說了,軟件保護能力很弱的。如果把這個主密鑰放在硬件里面,安全級別是非常高的,能夠抵抗。就是因為芯片的各種攻擊,誕生了密碼學(xué)領(lǐng)域的第六大會議,專門是針對硬件安全的,所以也有幾十年的發(fā)展,有大量的攻擊,也催生了測評行業(yè)的誕生。大家看一下CC,就是信息技術(shù)安全評估認證,國際CC認證。國際CC認證,我只說密碼芯片的,只說硬件的,大家知道實際上美國跟加拿大、歐洲四國實現(xiàn)了6國、7組織他們來發(fā)起的,他們也公布了一個ISO標準。目前有31個國家、100個實驗室,中國一個實驗室也沒有。我們國家整個的軟件、硬件所有的信息系統(tǒng)達到怎么一個安全級別根本沒有概念,所以我們國家是需要測評認證突破,也是一種封鎖,是卡脖子技術(shù)。實際上,依靠公布的ISO標準,我們國家已經(jīng)實現(xiàn)了密碼芯片的5級測評,還有一個測評體系,就是BSI測評。BSI測評實際上是英國牽頭的一個全球授權(quán)的密碼產(chǎn)品測評實驗室。目前已經(jīng)部署了3家,山東高維密碼測評有限公司實際上拿到了這個測評資質(zhì),拿到資質(zhì)有一個好處是什么?就是我們的密碼產(chǎn)品出口的時候,在我們實驗室測評就可以了,然后你再出口。但是以往是把核心代碼放到國外實驗室測評,現(xiàn)在可以不用交出去,自己在內(nèi)部測就行了。

  四、區(qū)塊鏈技術(shù)及發(fā)展

  區(qū)塊鏈技術(shù)實際上來源于比特幣了,為什么區(qū)塊鏈技術(shù)有兩類技術(shù)?一個是挖比特幣的時候需要對數(shù)據(jù)進行同步,也就是通過分布式系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行同步,那就是意味著分布式共識協(xié)議是非常重要的一個支撐技術(shù)。另外,還有大量的密碼技術(shù),也是區(qū)塊鏈的支撐技術(shù)。此外,分布式共識協(xié)議的安全性證明是經(jīng)過密碼數(shù)字簽名來得到安全性證明的,所以說密碼技術(shù)在區(qū)塊鏈里面起到了非常重要的關(guān)鍵的支撐作用。關(guān)于分布式共識協(xié)議有兩個圖靈獎了,從2009年比特幣產(chǎn)生以后,特別是第二代共識里面,實際上它就開始對這個區(qū)塊鏈進行了很好的支撐作用。到2014年以后,區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈概念提出來,到今天第三代共識,大家看一下,這里面有我們國家的區(qū)塊鏈共識,迪諾和大圣在第三代共識里面它的指標性能是達到可證明安全的,并且迪諾和大圣的實現(xiàn)效能比哈希的效率高、速度更快。

  下面介紹一下Dyno迪諾區(qū)塊鏈。它實際上最先的一個目標就是實現(xiàn)動態(tài)共識,大家知道我們的區(qū)塊鏈,我們想能夠?qū)崿F(xiàn)在一個不宕機的情況下完成它的加入和退出。如果要實現(xiàn)動態(tài)的可證明安全的共識,結(jié)構(gòu)就破壞了,要重新證明它的安全性。迪諾公司是具備可證明安全一個新的協(xié)議,實現(xiàn)了不宕機。它的安全性證明它的性能達到了1秒6.8萬筆交易,在國際公開的所有的聯(lián)盟的共識里面,沒有人公布達到5萬筆交易,我們是唯一的一家是達到6.8萬筆交易,我們公布的數(shù)據(jù)與我們信通院的測評是一致的,被立項為國家標準。

  還有一個大圣,就是說另外一個思想,3F加一個節(jié)點,2F加一個節(jié)點的數(shù)據(jù),為什么要TF+1?因為它的假設(shè)有F個壞的節(jié)點。大家要注意,實際上我們效率要基于F+1投票,不是2F+1。但是有一個問題,如果你F+1進行了投票,是否是達到可證明安全?這是很難的事情。所以說我們最終用了三種證書,保證不管是哪種網(wǎng)絡(luò)通訊的環(huán)境下,不管是強的還是一般的標準的,它仍然達到最高的安全性證明,我達到F+1的安全性證明的強度,我的效率是利用的F+1的效率,這個思想是非常先進的,目前,分布式共識領(lǐng)域很多人開始用這種思想進行投票了。這個目前大家看性能是哈希1倍以上,如果高并發(fā)的一下可以達到35倍以上,目前已經(jīng)被國際清算銀行寫入貨幣白皮書。還有一個協(xié)議目前也被東南亞五個國家設(shè)計成央行數(shù)字貨幣,數(shù)字貨幣就是密碼協(xié)議加區(qū)塊鏈或者是區(qū)塊鏈加密碼協(xié)議,所以設(shè)計了五個國家的央行數(shù)字貨幣,也構(gòu)建了亞洲數(shù)字支付平臺。目前交易額超過150億,作為國家試點,現(xiàn)在開始到非洲落點。

  最后,我想介紹一下分布式數(shù)字芯片。毫無疑問,WEB3.0目前表現(xiàn)為兩代技術(shù),一個是分布式數(shù)字芯片,為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供信任的底座。大家知道萬維網(wǎng)聯(lián)盟提供的GRG有170例解決方案,目前我們團隊跟電信領(lǐng)域的同行探討,現(xiàn)在手機系統(tǒng)提前部署WEB3.0的可能性。如果手機網(wǎng)絡(luò),因為我們自己的手機號是實體的是可控的,它要通過區(qū)塊鏈技術(shù)和分布式數(shù)字芯片支撐這兩大WEB3.0這兩個最核心的內(nèi)容。

  我的報告就是這些,謝謝。

 ?。ㄒ陨蟽?nèi)容根據(jù)嘉賓發(fā)言速記整理)