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段斯斯:战胜计算机世界里的“叛徒”

来源:科技日报 记者 代小佩 时间:2022-02-14


视觉中国供图


在大学课堂上,计算机课带给段斯斯的欢喜并没有被时间消磨。从北京到香港,从美国西部到东部,再回到北京,无论是研究分布式系统、区块链,还是应用密码学,段斯斯始终在做令自己心动的事。

段斯斯 受访者供图

  近日,由DeepTech深科技与《麻省理工科技评论》共同评选的第五届中国区“35岁以下科技创新35人”榜单公布,榜单上的青年人被外界称为科学之光。此次公布的榜单上有5名女性,清华大学高等研究院研究员段斯斯正是其中之一。

  在清华大学校内一家咖啡馆,科技日报记者见到了年轻学者段斯斯。她身材娇小,留着齐肩短发。这个看上去十分温婉的姑娘,体内却潜藏着巨大的能量。

  偏爱“烧脑”的分布式系统研究

  2005年,在清华大学附属中学的一间教室,埋头学习的高三学生段斯斯想离开家,去看看更大的世界。那年夏天,她如愿考上了香港大学,被该校电子电机工程专业录取。

  在所有课程中,段斯斯对两门课特别感兴趣——分布式系统和密码学。

  为了解释分布式系统,段斯斯向记者分享了“拜占庭将军问题”。它说的是,在一场战役中,拜占庭帝国军队的将军们面临一个问题,即是否攻击敌军。无论进攻还是撤退,只有将军们作出一致的决定,战役才能取得胜利。相反,任何不以共识为基础的军事行动必然失败。可现实是,将军们分守不同战壕,而负责传信的使者甚至某些将军可能是叛徒。叛徒通过错误信息诱导将军们作出不一致的决定,或是迷惑某些将军使其无法作决定,进而导致战役失败。

  在计算机网络世界,这样的“叛徒”无处不在,它们可能是硬件错误、网络拥堵或离线,也可能是恶意攻击……“叛徒”的目标就是搞破坏,使系统内各个节点作出不一致的决定,进而导致计算机网络溃败。分布式系统研究者会设计出一套共识协议,以确保即使在出现“叛徒”的情况下,系统各个节点也能作出一致的决定。

  为计算机设计出更加安全、可行、高性能的共识协议,是战胜“叛徒”的关键。为此,设计者要不断进行逻辑推演,假设、证明、递归、反推,稍不注意就会把自己绕进去。

  “计算机网络中的节点越多,共识协议就越难设计。”段斯斯觉得,这项工作非常有趣而且充满挑战。

  本科毕业那年,段斯斯申请到了去美国加州大学戴维斯分校读博的机会,专业是她心仪已久的计算机。

  满怀憧憬,23岁的段斯斯漂洋过海来到美国。那时,段斯斯不太会写论文,投出去的文章反馈都很糟糕。“我做的研究在当时很小众。我很担心,跑这么远来读书,最后什么也没有学到。”段斯斯回忆道,那段时间她非常迷茫,陷入到巨大的自我怀疑之中。

  泛读加精读,科研“小白”终蜕变

  “不想那么多,既然眼下有需要解决的事,就去解决吧。”理智战胜了情绪,段斯斯开始了自我探索。

  她像海绵吸水一样广泛阅读论文,读完几百篇后,挑出其中最经典的几篇,又花了三四个月时间反复琢磨,直到滚瓜烂熟,以至于只要看一眼文章中的某个算法或协议,就能立马进行证明。

  “当你不再依赖于作者告诉你什么是什么的时候,属于你的科研生涯可能就要开始了。”段斯斯说,“绝大部分人都卡在到底要怎么开始做研究这件事上,因为从0到1是最难的。可是一旦实现了1,再往前就很快了。”

  在读博的最后一年,段斯斯发布了共识协议BChain。这是世界上第一个成熟的链状共识协议,其将经典共识协议的信息吞吐量提高了50%,复杂度由平方级降低为线性级,被应用在工业界最大的开源区块链平台超级账本Iroha项目中。这一成果为段斯斯赢得了赞誉,直到今天,该协议仍是唯一一个自带鲁棒性的链状协议。

  博士毕业后,段斯斯的大部分同学选择去硅谷做软件工程师,待遇很好。她当时也想过:去公司写代码,人生会不会过得轻松一点?纠结一段时间后,她还是从兴趣出发,选择继续做科研。

  2015年,段斯斯在美国橡树岭国家实验室展开工作,并成为该实验室历史上首位计算机方向的温伯格研究员(Weinberg Fellow)。

  两年后,段斯斯搬到美国东海岸,在马里兰大学巴尔蒂摩郡分校担任助理教授。她很高兴,因为在橡树岭国家实验室,做的项目局限性比较大,而当教授意味着在研究选题上拥有了更大的自由度。她重新回归网络安全这一研究方向。不久后,段斯斯设计出BEAT协议和异步共识协议,后者至今仍被认为是所有异步共识协议中性能最好的。

  回首在美十年的轨迹,段斯斯形容自己是从西迁徙到东。在这场漫长的迁徙中,回国的念头也随着时间流逝而变得愈加强烈。2020年,段斯斯举家回国。

  想做的事一定要做成

  回国后,段斯斯受聘于清华大学高等研究院,加入中国科学院院士王小云的团队。作为密码学界的风云人物,王小云有一段为人熟知的趣事——她在坐月子期间破解了著名的密码MD5。“王老师就是这种性格,想做的事一定可以做成。”段斯斯说。

  这一点,段斯斯和王小云很像。上小学时,段斯斯有一次转学,爸爸打击她说,你学习肯定跟不上。段斯斯不服气,憋着股劲儿学,成绩从班级二十多名最后冲到了前三名。有一回,为了准备学校的跳绳比赛,段斯斯每天练习,有一天练到站都站不起来,最后被抱回了家。

  如今,段斯斯没了少年时的争强好胜,但对想做的事,依然有股狠劲儿。在生完两个孩子后,段斯斯胖了十几斤,一度放弃身材管理。有一天,突然想起这件事,她决定减肥。两年多过去了,段斯斯没有一天停止过锻炼,还意外收获了“马甲线”。

  对解不出来的科学问题,段斯斯更是“不死心”。曾经,原子广播协议和异步二元共识协议困扰她很久,她隔三差五就琢磨解决方法。照顾孩子、走路或开会间隙,只要想起这件事她就开始推演,前前后后花了几个月时间,终于找到了答案。

  段斯斯说自己“闲不下来”。生完老大后2个月就出来工作,而在老二出生不久,她便一手抱孩子,一手做计算、写代码。

  很多人有孩子后感到精力不济,段斯斯恰恰相反。“以前,我的工作和生活分不开,现在我每天下午大概5点半到晚上8点半陪孩子,孩子睡觉后就是属于我自己的时间,这条明确的界限让我比以往更专注地投入工作。当然也有累的时候,没办法,你得接受,生活就是这样。”她说。

  谈及未来,段斯斯说:“我希望,将来有人提到分布式系统,不管在国内还是国外,他们会想到我的名字。更实际一点的目标是,在顶级会议上多发些文章。或者,能像我敬佩的研究者克里斯蒂安·卡奇恩(Christian Cachin)和洛伦佐·阿尔文斯(Lorenzo Alvisi)一样,把特别复杂的事写得清晰易懂,给人以启发。至于名利,我看得比较淡,人不能靠这个活着。”

  乍见初欢,久处仍怦然。在大学课堂上,计算机课带给段斯斯的欢喜并没有被时间消磨。从北京到香港,从美国西部到东部,再回到北京,无论是研究分布式系统、区块链,还是应用密码学,段斯斯始终在做令自己心动的事。

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