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追求更高效更安全？

呼叫武大密码守护人

武大方案又来了！

在第七届全国密码技术竞赛总决赛中，来自武汉大学国家网络安全学院的“讨论一下”队凭借作品“基于并发架构的SM9算法高效实现”，在杀入决赛的178支队伍中脱颖而出，斩获特等奖。

敏锐地察觉到密码保护之战的“风云涌动”，由武汉大学国家网络安全学院彭聪副教授担任指导老师，蒙陈铸、程文静、靳惠瑄三名成员组成的“讨论一下”队正式集结完毕，征战全国密码技术竞赛。密码安全，交给他们守护！

▲从左至右：蒙陈铸、靳惠瑄、程文静

作为数字世界的“可信凭证”，生成数字签名技术可以确保数据的完整性、真实性和不可抵赖性。在电子商务领域，数字签名技术可用于验证发件人的身份和防止网络诈骗和数据篡改等问题，确保交易的安全。在金融领域，数字签名技术可用于保护交易信息的安全，防止非法访问和篡改，并提高交易的可追溯性。在政务领域，数字签名技术可用于保护政务信息的安全，确保政务信息的真实性和完整性，并防止篡改和伪造。

SM9标识密码算法是一种由国家密码管理局颁布的标识密码算法标准，也是我国自主设计并广泛使用的双线性对密码算法标准。该算法可使用用户身份标识作为公钥进行加密和验签，避免了用户公钥证书的管理负担。

“最典型场景的并发架构就是GPU硬件架构，它利用多个计算单元同时执行任务，以提高系统的处理能力。”队长蒙陈铸介绍道：“在研究中，我们利用该并发架构的优势，将SM9算法的计算任务分配给GPU的多个计算单元，以实现并发计算，从而提高了算法的运算效率。”

将“并发架构”与SM9算法结合，如何起到1+1>2的效果？假设有一个需要对大量数据进行数字签名验证的场景，采用传统的串行计算方法，可能需要耗费大量时间和CPU计算资源。而采用并发架构设计的SM9算法实现，则可以将计算任务分配给GPU中的海量计算单元同时进行计算，大幅提高了计算效率和处理能力。

基于此框架，作品最大的亮点，便是利用并发架构设计和优化了SM9算法的实现，使其具有了高吞吐量、低延迟、可扩展性等优点。通过优化，成员们成功地提高了数字签名验证的速度，实现了吞吐量比现有CPU实现方案快1400倍左右的效果。

想法太多？讨论一下！解决方案无法统一？讨论一下！小组取名怎么办？还是“讨论一下”！

谈起小组最大的特点，成员们一致认同是“彼此之间的沟通讨论和快速寻找问题解决方案的能力”。备战竞赛的过程并非一帆风顺，当项目推进陷入瓶颈或遇到棘手的问题时，小组成员便放下手头的工作，一起放松一下。分头进行研究后，会迅速集结展开讨论，并将意见整合成有效的解决方案。

讨论不仅仅是在小组成员之间，彭聪老师和实验室的胡芯忆、曾陈铠等同学也一同加入了“大讨论”，经常在算法数学逻辑、代码优化技巧等方面提出关键问题，帮助小组解决问题，寻找方向。“讨论一下”队就这样通过一次次的讨论，一次次的磨合，一步步走上了“全国密码技术竞赛总决赛”的最高领奖台。

比赛期间，小组攻克了许多复杂的密码学问题。例如，开始进行SM9算法的实现时，他们发现算法中需要进行大量的双线性对运算和指数运算，这使算法的计算速度非常缓慢。尽管已经对算法进行了优化，但性能仍然无法达到题目要求。

经过与彭聪老师的讨论，发现在实际应用场景中，用户的签名主公钥很少发生改变。因此，可以将G1群（椭圆曲线群）的生成元和签名主公钥运算后的结果预先计算，并将各项指数形式存储在GPU的显存中，以实现快速查表。这样，原本复杂的计算过程被替换为简单的查表操作，大大提高了算法的计算效率。

不断地提出、分析、解决问题，每个人的思维碰撞和集思广益的交流，对小组的项目进展和最终的成果产生了非常重要的影响，在小组成员看来，讨论的过程总是“非常有趣”的，保持着开放的心态和互相支持的精神，他们得以解决一个个棘手的问题，翻越一座又一座山峰。

在信息安全问题越发严峻的今天，密码学的研究至关重要。作为一项关键技术，密码学关乎信息安全和隐私保护领域。“讨论一下”队的作品，则大幅提升了对海量数据进行数字签名验证时的验证效率和速度。在这次小小成功的基础上，他们表示很乐意继续推进项目，并在密码学领域不断深入研究，为信息安全和隐私保护作出更多的贡献。

参赛的宝贵经历不仅磨炼了队员的专业知识和技能，锻炼了团队协作和解决问题的能力，还激励着他们向更高更远的目标展望。

“全国密码技术竞赛”是起点，却不是终点。此次参赛经验对团队未来的学习、工作和生活都有着非常大的帮助，也影响了团队成员以后的规划。在未来，“讨论一下”队会带着这份不懈的奋斗精神、越挫越勇的信念和对专业知识的热爱，在密码学广博精微的沃土上深耕。

▲密码学与区块链技术实验室在比赛现场的合影

“参加比赛不仅仅是为了获得好成绩，更重要的是锻炼自己的团队协作能力和解决问题的能力，同时也可以更深入地了解所学的专业知识。”

“在项目进行的过程中，要注意团队协作和沟通的重要性，积极与团队成员交流和讨论，共同攻克难题。与导师的沟通也非常重要，及时汇报工作进展，听取导师的意见和建议，才能更好地完成项目任务。“

“要坚持不懈地学习和探索，不断提升自己的能力。不论是参加比赛还是日常学习，都需要持之以恒、不断努力，才能取得更好的成绩。“

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感谢武汉大学国家网络安全学院

封面图：武汉大学融媒体中心

图片来自于受访者

采访：何睿 

文案：何睿 金永成

编辑：党彦芝

责编：何睿

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