【电影介绍】用纸和笔拯救世界的数学:电影《夏日大作战》描绘的17年代码与虚拟世界

2009年8月,屏幕上展现了来自世界各地的10亿人聚集在虚拟空间“OZ”中的未来。细田守导演的作品《夏日大作战》描绘了一个数字社会,人们在其中互动、购物,甚至使用化身完成行政程序。这个连交通、医疗、电力等基础设施都依赖 OZ 的世界,在一晚发生事故后开始崩溃。

高中生 Kenji 是数学奥林匹克竞赛的候选人,他挑战深夜发送给他的神秘数字串。我熬夜在纸上写计算公式,早上回复电子邮件。但这是一个巧妙的陷阱。回复电子邮件可能会导致全球危机。

从那时起已经过去了17年。电影预言的“虚拟世界”在多大程度上成为了现实?即使在今天,作为故事核心的称为“RSA 加密”的技术仍然继续支持着互联网。

“素数”保护互联网的力量

RSA 密码学于 1977 年由三位数学家发明。这项发明为 Ronald Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Edelman 赢得了 2002 年计算机科学领域的最高荣誉图灵奖。

这种密码是创新的,因为它实现了一个称为“公钥密码学”的新概念。在传统密码学中,加密密钥和解密密钥是相同的。换句话说,两个人要想秘密地交流,就需要事先安全地共享一个“密码”。然而,在互联网时代,每次与陌生人安全通信时都共享密码是不切实际的。

RSA 密码学解决了这个基本问题。想象一个带有挂锁的盒子。任何人都可以获得这个盒子(公钥),但只有接收者才有打开它的钥匙(私钥)。发送者将信息放入公共箱中,并将其锁定,并且只能使用接收者的私钥打开它。无需发送密钥本身。

这种机制由称为“素因数分解”的数学问题支持。例如,几乎没有人能够看到数字 4,433,507,171 并立即回答它是两个素数 52369 和 84659 的乘积。然而,另一方面,这两个素数相乘很容易。这种“单向困难”保证了密码学的安全性。

即使使用超级计算机,破译目前主流的2048位(约617位)RSA加密也需要几年到几十年的时间。 RSA 加密作为互联网通信加密标准 SSL/TLS 的核心技术,持续保护我们的日常生活,从网上银行到电子邮件。

“犯了错误”的天才和完美的陷阱

在电影中,Kenji 试图编制一份他在半夜收到的 2056 个数字的列表。我会整夜在纸上写下计算公式,拼命地试图破译它们,并在早上回复电子邮件。他的外表似乎体现了对数学的纯粹热情。

然而,故事发生了意想不到的转折。后来,他的朋友佐久间调查后发现了一个令人震惊的真相。

“世界上有 55 个人解开了昨晚的代码。但是,令人惊讶的是,你不在其中。”

Kenji 把最后一个字母写错了。尽管直到第 2055 位数字都是完美的,但我在第 2056 位数字(最后一个字符)中犯了一个常见错误。是深夜疲劳还是不耐烦?对于高中生健二来说,想要完全回答这个极其困难的问题或许是不可能的。

但更令人惊讶的真相却被揭露。这封电子邮件不仅仅是一个密码问题,而且是一个巧妙的陷阱。每个回复电子邮件的人(包括回答正确的人和回答错误的人)的帐户都会被自动劫持。

而人工智能“爱情机器”从众多受害者中选择了Kenji的账户。可能有两个原因。一是健二的回复是最快的。另一件事是,Kenji 兼职为 OZ 的维护管理系统工作,拥有比普通用户更高的管理权限。

Love Machine 使用 Kenji 的帐户来恶搞 OZ。结果,Kenji的脸部照片(带视线)一夜之间被全国曝光,被称为“OZ史上最糟糕的黑客”。她纯粹的破解密码的好奇心以虚假指控的形式得到了回报。

故事的讽刺之处就在于此。 Kenji的天才不是通过“完美地解决”代码来体现的,而是通过“几乎完美地解决它”来体现的。而他所陷入的危机正是由于他的高能力。如果他是一个普通的高中生,可能一开始都不会做出反应。

顺便说一句,Kenji 挑战了 2056 位 RSA 代码,据说现代超级计算机需要数十到数百年才能解决。根据富士通的评估,即使是2048位(约617位)的RSA加密在量子计算机上也需要约104天。健二一晚上就能猜对2055个数字,这说明他拥有非人的能力,远远超出了奥数候选人的范畴。

OZ预言的世界——元宇宙17年

《夏日大作战》中的 OZ 虚拟世界生动地描绘了 2009 年仍是白日梦的概念。你可以与 3DCG 头像互动、购物、完成行政手续、玩游戏。一个交通控制、医疗保健甚至电网都与 OZ 连接的世界——这就是 2020 年代被称为“元宇宙”的未来愿景。

从那时起已经过去了17年。技术确实已经进步了。 VR(虚拟现实)设备已商用,AR(增强现实)正在智能手机上实现。 2021年,Facebook将公司名称更改为“Meta”,表明其对Metaverse业务的专注。在日本,KDDI 将于 2024 年发布名为“αU”的元宇宙平台。

然而,电影中描绘的“10亿人每天使用的虚拟空间”并没有实现。

元宇宙市场预测乐观。据矢野研究所预测,日本虚拟宇宙市场预计将以每年 170% 的速度增长,从 2021 年的约 744 亿日元增长到 2026 年的约 1 万亿日元。全球市场从 2020 年到 2024 年也大幅扩张。

如果只看数字,事情似乎进展顺利,但实际情况却有所不同。 SNS和IT行业有很多声音说“Metaverse不受欢迎”和“没有人使用它”。

已经指出了几个原因。首先,VR设备的使用成本和难度。 Meta Quest 3 的售价约为 80,000 日元,这不是一个可以轻松购买的价格。长时间佩戴它们可能会很累,并且设置它们也很耗时。许多元宇宙也可以在电脑和智能手机上使用,但沉浸感有限。

沟通环境也是一个问题。虽然5G的普及正在取得进展,但地区差异较大,并不是每个人都能享受到高质量的虚拟体验。

但最大的障碍可能不是技术上的,而是心理上的。 2003年发行的《第二人生》达到了顶峰,拥有1500万会员,但此后人气迅速下降。这次“失败”的记忆引起了人们对元宇宙的怀疑。

此外,作为对冠状病毒大流行造成的强制数字化的反应,人们开始寻求身体接触和身体接触。通过屏幕交流带来的疲劳也可能阻碍虚拟宇宙的传播。

OZ 证明了便利性和脆弱性是同一枚硬币的两个方面。将所有内容集中在一个系统中的效率以及受到攻击时的破坏性影响。这部电影也可以被解读为对过度依赖集中式数字基础设施的警告。

“信任”技术

RSA密码学告诉我们,数字世界中的“信任”是通过数学建立的。

依靠质因数难以分解的数学特性,可以与未知方进行安全通信。这是技术上的信任,与关系中的信任不同。但与此同时,人类是设计、实施和操作该技术的人。

《夏日战争》描绘了一个农村大家庭的纽带,同时也与数字世界的危机并行。我的曾祖母荣奶奶只需一个电话就建立起的人脉网络,以及她的家人齐心协力、相互对抗的方式——将无形的“联系”可视化,展现了信任的多层次本质。

物理世界中的数字信任和关系。这部电影似乎在悄悄地告诉我们,我们两者都需要。

从2009年到2026年,电影上映已经17年了。

RSA 加密至今仍在使用,保护着我们的数字生活。尽管虚拟宇宙并不像电影中描绘的那样普遍,但该技术正在稳步发展。

《夏季战争》之所以经久不衰,不仅仅是因为它预见了技术。对人类智慧的信任、家庭和社会关系的重要性,以及对我们可能会为了便利而牺牲什么的警惕:这些主题在各个时代继续引起共鸣。

今天我们仍然使用互联网,受到加密“隐形盾牌”的保护。花点时间思考一下这背后的数学和人类活动可能不是一个坏主意。


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