“她具有一种直觉,能从成千上万的可能性中挑出最好的路径。” ——图灵奖获得者姚期智
晚风吹过江面,微波粼粼,夜渐深,此时,幼孩已酣然入睡,闪耀的星光下,正是一位妈妈披星戴月之时。璀璨的星光点亮了夜,而她,点醒了美国政府。
一、 有其偶然,有其必然亦
1966年,一位婴儿在誉为“舜帝之都”的山东诸城悄然呱呱落地,谁也不曾晓得,一个传奇正在应运而生。她,就是一度让美国政府崩溃的王小云,她的名字简洁易写,脑子却一点儿也不简单!
王小云的父亲毕业于诸城师范学校的数学和化学班,她对数学的兴趣源自于父亲,且自小喜欢思考钻研问题,所以理科成绩优于文科。中考的时候她仅学了四十天,便顺利的考入了诸城一中,这件事让她意识到自己的学习潜力,于是便开始奋发向上,开启了路漫漫其修远兮,吾将上下而求索的自我探索之路。
其母亲的言传身教更是至今影响着王小云,王小云母亲为了让儿女专心向学,又因为父亲经常在外教书不常回来,便一个人承担了所有农活和家务,同时还兼顾教育陪伴孩子。当孩子们遇到困扰时,母亲便说宰相肚里能撑船,还叮嘱儿女要戒奢戒躁,要穷则独善其身,达则兼济天下。做科学不仅仅需要脑力,更需要的是性情,是品质。
图灵奖获得者姚期智评价她说“她具有一种直觉,能从成千上万的可能性中挑出最好的路径。”这不仅是对其天赋灵感的佩服和羡慕,更是对她成就高度的认可和赞赏,仿佛注定是她,必然是她,解开最难之密。
著名物理学家爱因斯坦说:没有侥幸这回事,最偶然的意外,也都是有必然性的。选择密码学对王小云来说是一件偶然事件,但她夯实的专业基础,兴趣性情以及十年如一日的坚持努力便是她取得成功的必然。
二、 “工作狂”之王小云
在一期《开讲啦》节目中,王小云作为主讲嘉宾,她讲了个自己的小笑话,他有一个学数学的师弟,他问王小云说,为什么你们女的做密码分析做得这么好,是不是因为你们女的天生对个人隐私感兴趣。这“自黑”式的笑话让我捧腹大笑,她自己也不好意思笑了起来,不禁觉得她确实是位性格爽朗,不拘小节的现代版花木兰。
闲暇之余,她还会把时间留给她的兴趣。她的“兴趣”之一是拖地,家里的木地板,每天拖上两三回,我想她只是换个姿势继续思考破解问题吧,否则也不会这么爱拖地。还有就是养花,以及逛集邮市场。从兴趣便可以得知,王小云两耳不闻窗外事,一心只做解密活儿。她是一个长情的人,几十年如一日地陪伴着难缠的密码。
有一个传说式的说法,王小云破解白宫密码的想法是在生完孩子坐月子的时候想出来的,后来经过她个人确认,原来是真的。可见,破密,是她在作为一位新生母亲也不曾停止的事情。人生有一件陪伴一生的事业梦想,一定是件美好的事情。
三、 十年破译白宫密码
王小云读博士的时候接触到了Hash函数,并向国家管理部门申请了研究Hash函数的项目,意料之外的是,这个原本希望不大的项目竟然获得了大力支持,于是她开始了破解白宫密码的漫漫长路。
当时的研究条件艰苦简陋,为了更多时间投身于研究中,她自费花了家里所有的钱买了一台电脑,一台激光打印机和一台扫描仪,开始了看孩子和算题敲代码的日常生活。当然这一切的前提,便是丈夫的全力支持。
由于这是当时公认世界级最安全的密码算法,她表示一开始没想过要破解,所以当时只是分析其安全性,没想到有了破解方案,经过十年之久,终于在2005年迎来了MD5和SHA-1的成功破解。
每一个传奇背后都隐藏着坚守和执着。每次她对破译的描述总是云淡风轻的一笔带过,但是科学的探究从来不是易事。在破解白宫密码的时候遇到一个让她几近崩溃的难题,但她不服输的个性没有让她放弃,堪称世界上最安全的密码再顽抗,而她,只会更“顽抗”。
四、 破密之喜
王小云曾被问到,你破解MD5之后的心情是怎么样的呢?她说,我每次破解完心里就很高兴。我有一个闺蜜,每次破解完后就会跟她说,她会和我一起很高兴,我也会跟我的爱人说。
分享,便是她的庆祝方式,平凡地庆祝着伟大的奇迹。居里夫人说:科学的探讨与研究,其本身就含有至美,其本身给人的快乐就是报酬。是啊,她的成就由上天赏赐,由心灵赏赐,便足以,无需外在闪亮亮的虚荣标签。
2004年王小云出征美密会,现场测试了破解MD5算法的方法,随着当时大会的主持比哈姆说:Congratulation,you break MD5!全场便响起了雷鸣般的掌声,有一位密码学家当时胳膊受伤,他竟然用另一只手击打大腿以示鼓掌祝贺。可见,MD5的破解是怎样的轰动啊!
后来,美国国家标准技术研究院(NIST)公开信誓旦旦说:“MD5 虽然被破解了,但是 SHA-1还没发现任何安全隐患。”,王小云为了争一口气,着手破译国际大规模使用的密码SHA-1,解开了美国认为最安全的密码。
五、 为往圣继绝学,为万世开太平
有人问道:密码学家和黑客行为有什么区别呢?主持人撒贝宁调侃道,也就好比问历史学家为什么不去盗墓一样。王小云回答说,目的性不同,黑客目的是破环,让大家不安全,而我们的任务是让黑客无路可走,保障大家的信息安全,包括国家的信息安全,构建安全的信息系统。
科学的事业就是为人民服务的,社会上的知识分子必须是有良知的人,这样,知识才显得有意义,科学也是一样。她还参与设计了我国Hash函数的SM3,广泛运用于金融,交通,国家电网等行业,强调要树立总体国家安全观,提高国家安全防御能力,同时承担并完成我国多项重点项目,为保护人民网络信息安全作出重大贡献。
不仅“为万世开太平”,还“为往圣继绝学”。王小云身兼重任的同时还是一名教授,一名老师。她为了坚持到一线工作,来到了北京,在清华任职,工作重心逐渐转向人才培养。她告诉学生,要么不做,要么就做到最好,日常她也经常关心问候学生。
在学生面前,她不仅是严师也是慈母。它不仅掌握发展往圣的绝学,更是把它们传给下一代年轻人,为国家在密码学方面培养人才。辛勤的园丁,总培育着祖国最灿烂的花朵。
又是一个夜黑风高的夜晚,银色洒在窗旁,正是万籁俱寂之时,微风与天空的轻佻愈发让人渴望最黑也最亮的天空,其深处有着一种欲望,求知欲,探索欲,而对始终如一的王小云院士来说,是一生破密的使命。
一、射频信号源的选择
所有的射频信号源都能产生连续(CW)射频正弦波信号。某些信号发生器也能够产生模拟调制射频信号(如AM信号或脉冲射频信号),矢量信号发生器采用IQ调制器产生各种模拟或数字调制信号。
射频信号源进一步可以分成很多种,包括固定频率CW正弦波输出源、扫描输出一个频段非固定频率CW正弦波的扫频源、模拟信号发生器以及增加模拟和数字调制功能的矢量信号发生器。
如果测试需要激励信号,那么就需要射频信号源。射频信号源的关键指标是频率与幅值范围、幅值精度和调制质量(对于产生调制信号的信号源而言)。频率调谐速度和幅值稳定时间对于减少测试时间也是非常关键的。
矢量信号发生器是一种高性能的信号源,通常结合任意波形发生器一起产生某些调制信号。通过任意波形发生器可以使矢量信号发生器产生任意类型的模拟或数字调制信号。这种发生器可以在内部产生多种基带波形,在某些情况下,也可以在外部产生某种基带波形然后载入到仪器中。如果测试规范要求被测的元件、设备或系统按照待测设备最终使用中的处理调制方式进行测试,那么这种情况下通常需要使用矢量信号发生器。
如果测试规范需要进行接收器灵敏度测试、误码率测试、相邻信道抑制、双音互调抑制、或双音互调失真的测试,那么也需要使用射频信号源。双音互调测试和相邻信道抑制测试需要两个信号源,接收器灵敏度测试和/或误码率测试只需要使用一个射频信号源。
如果待测器件是用于移动电话的,那么测试者可能要根据移动电话标准的需要进行调制信号类型的测试。移动电话功率放大器需要结合调制信号源(例如矢量信号发生器)进行测试。在选择某种矢量信号发生器之前,要评估一下该信号发生器在不同调制信号之间的切换速度,以确保其能够提供最快的测试时间。
二、射频功率计——射频领域的数字万用表
功率是射频领域中最经常被测量的一个量。测量功率最简单的方法就是使用功率计,它实际上是用来测量射频信号功率的。功率计中使用宽带检波器,按瓦特、dBm、或者dBμV显示绝对功率的大小。对于大多数功率计而言,宽带检波器(或传感器)是一个射频肖特基二极管或者二极管网络,实现射频到直流的转换处理。
功率计是所有测量功率的射频仪器中最准确的。高端功率计(通常需要一个外部功率传感器)可以实现0.1dB或更高的测量精度。功率计最低可以测量-70dBm(100pW)的功率。传感器有各种模型,从高功率模型、高频率(40GHz)模型,到峰值功率测量的高带宽模型等。
功率计有单通道和双通道两种。每个通道都需要配置自己的传感器。两个通道的功率计就能够测量出一个器件、电路或系统的输入和输出功率,并计算出增益或损耗。某些功率计能够达到每秒200到1500次读数的测量速度。而有些功率计能够测量多种信号的峰值功率特性,包括通信和某些应用中使用的调制信号和脉冲射频信号。双通道的功率计还能够准确测量出相对功率。功率计还可以针对便携式应用的需要设计成尺寸精巧的外形,使其更适合于现场测试的需要。功率计的主要局限在于其幅值测量范围。频率范围是与测量量程之间进行折衷的。此外,功率计虽然能够非常准确地测量出功率,但是无法表示信号的频率分量。
三、射频频谱或射频信号分析仪——射频工程师的示波器
频谱或矢量信号分析仪利用窄带检测技术在频域内测量射频信号。其主要的输出显示是功率频谱与频率之间的关系,包括绝对功率和相对功率。这种分析仪还可以输出解调信号。
频谱分析仪和矢量信号分析仪没有像功率计那样的精确性,但是,射频分析仪中使用的窄带检测技术使其能够测量低达-150dBm的功率。射频分析仪的精度一般在±0.5dB以上。
频谱和矢量信号分析仪可以测量的信号频率从1kHz到40GHz(甚至以上)。频率范围越宽,分析仪的成本就越大。最常见的分析仪的频率达到3GHz。工作在5.8GHz频率范围的新通信标准就需要带宽为6GHz以上的分析仪。
矢量信号分析仪是增加了信号处理功能的频谱分析仪,它不仅能够测量信号的幅值,而且能够将信号分解成它的同相和正交分量。矢量信号分析仪可以将某些调制信号进行解调,例如一些由移动电话、无线LAN设备和基于其他一些新通信标准的设备所产生的调制信号。矢量信号分析仪可以显示星座图、码域图和调制质量(例如误差矢量幅度)的计算度量。
传统的频谱分析仪是扫描-调谐式设备,因为其中的局部振荡器要扫描一个频率范围,窄带滤波器就可以获取该频率范围内每个单位频率上的功率分量。矢量信号分析仪也扫描一部分频谱,但是它们捕捉一定宽带内的数据进行快速傅立叶变换得到单位频率上的功率分量。因此矢量信号分析仪扫描频谱的速度比频谱分析仪快得多。
评价矢量信号分析仪性能的关键指标在于它的测量带宽。一些新的高带宽通信标准,例如WLAN和WiMax,需要捕捉带宽为20MHz的信号。要想捕捉并分析这些信号,分析仪必须具有足够大的带宽才能捕捉到整个信号。如果测试高带宽、数字调制的信号,那么要确保分析仪的测量带宽能够充分捕捉到所测的信号。
频谱分析仪可以用于检验待测发射机是否产生了正确的功率频谱。如果设计工程要求测试某些失真分量,例如谐波或寄生信号,那么就需要采用频谱分析仪或矢量信号分析仪。类似的,如果设计者关注器件的噪声功率,那么也需要使用这样的射频分析仪。其他一些需要频谱分析仪或矢量信号分析仪的例子包括:测试互调失真、三阶截断、功率放大器或功率晶体管的1dB增益压缩、器件的频率响应等。
测试那些涉及数字调制信号的发射机或放大器就需要使用矢量信号分析仪,对调制信号进行解调。矢量信号分析仪能够测量出某个器件产生了多大的调制失真。解调过程是一个复杂、计算密集的过程。能够快速进行解调和测量计算操作的矢量信号分析仪就可以大大缩短测试时间,降低测试成本。
四、网络分析仪
除了频谱分析仪和矢量信号分析仪,第三类分析仪就是网络分析仪。网络分析仪包含一个内置的射频信号源和一个测试射频器件的宽带(或窄带)探测器。网络分析仪以x-y坐标、极坐标或史密斯圆图的形式输出显式器件的特性。
从本质上来看,网络分析仪测量的是器件的S参数。矢量网络分析仪可以提供幅值和相位信息,可以以很高的精度判断这些器件在某个宽频段上的传输损耗与增益。通过矢量网络分析仪,还可以测量出回波损耗(反射系数)和阻抗匹配,进行相位测量和群延迟测量。
网路分析仪主要用于分析诸如滤波器和放大器之类的元件。值得注意的是,网络分析采用的是未经调制的连续波,分析仪的校准十分重要。利用制造商提供的校准工具包可以实现网络分析仪的校准。由于网络分析仪在一台仪器内集成了信号源和测量功能,而且分析仪具有较宽的频率范围,因此这类仪器的价格比较昂贵。
有时需要同时使用上述四种主要的射频测试仪器,例如功率放大器(PA)的测试。信号源可以提供输入信号,功率计或频谱分析仪可以测量输出功率。如果精度非常重要,比如在测量最大功率时,就需要使用功率计进行输出测量。PA的输入匹配对于从事射频发射器的设计者来说是一个关键参数。放大所有供给PA的功率,不因反射而损耗实际的功率,这是非常重要的。因此,PA制造商一般会使用网络分析仪测量PA的回波损耗(即S11)。
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