从计算理论到跨学科研究
伦纳德·阿德尔曼(Leonard Adleman)1945年出生于美国旧金山,1968年毕业于加州大学伯克利分校,1976年在该校完成计算机科学博士学位。他的博士研究涉及计算复杂性的数论问题,随后赴麻省理工学院任教,1980年转到南加州大学。
阿德尔曼的职业经历连接了几种不同的计算问题:数学运算何时容易或困难,如何利用这种差异保护信息,以及计算能否在电子电路以外的介质中实现。他与罗纳德·里维斯特、阿迪·沙米尔共同获得2002年度图灵奖,而DNA计算则是其另一条独立研究方向。
参考:[1]
RSA合作中的算法与分析
在麻省理工学院,阿德尔曼与里维斯特、沙米尔合作研究公开密钥密码。1978年共同发表的RSA论文给出具体的加密和数字签名方法:公开两个大素数的乘积及相应指数,同时保留可完成反向运算的秘密信息。RSA名称中的A指阿德尔曼,但缩写不是用来排列三人贡献大小的证据。
该构造使发信人可以使用公开信息加密,而不必先与收信人分享同一个加密秘密。若攻击者能分解公开模数,便可恢复关键的秘密参数;这解释了整数分解为何与RSA密切相关。它并没有把“某种数学任务看起来困难”直接变成无条件安全证明,也没有证明所有求解方式都必然等价于整数分解。
参考:[2]
把路径问题编码为分子筛选
1994年,阿德尔曼发表DNA计算实验,处理一个七顶点有向图的哈密顿路径问题:从指定起点出发,到指定终点结束,并且每个顶点恰好经过一次。顶点和有向边由DNA短链编码,互补配对及连接反应产生代表许多候选路径的分子。
后续操作不是直接让试管“知道答案”,而是逐步筛选。实验先保留起终点符合要求的路径,再按长度保留经过七个顶点的候选,随后筛出包含各个顶点的分子。长度约束与覆盖全部顶点的约束结合,排除了重复经过顶点而遗漏其他顶点的路径;最后检测剩余产物。
参考:[3]
可行性演示不等于规模突破
这一小图的答案可以直接观察得到,实验的重要性因此不在于胜过电子计算机,而在于用分子操作实际实现一套计算步骤。论文同时指出,候选分子的数量需求会随图的顶点数呈指数增长;操作步骤看似不多,并不意味着总资源也只作线性增长。
规模扩大还会带来错误连接、分离不完全和结果核验等问题。大量分子同时参与反应提供了并行性,却不能由此断言所有NP难题都得到通用高效解法。阿德尔曼的贡献,是把计算理论中的编码、搜索与验证带入实验介质,同时让其资源代价成为可以讨论和检验的问题。
参考:[3]