在考慮比特幣時(shí)，通常不會(huì)想到流體動(dòng)力學(xué)。但對(duì)于一位斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家來說，這種聯(lián)系就像攪拌咖啡一樣簡(jiǎn)單。

斯坦福應(yīng)用物理學(xué)博士生威廉吉爾平描述了旋轉(zhuǎn)液體，如咖啡，遵循與比特幣等加密貨幣交易相同的原則。管理加密貨幣和自然物理過程的數(shù)學(xué)函數(shù)之間的這種平行可能有助于開發(fā)更先進(jìn)的數(shù)字安全性和理解自然界中的物理過程。

吉爾平說：“擁有一個(gè)真實(shí)的物理模型，并證明這是一個(gè)自然發(fā)生的過程，可能會(huì)開辟思考這些功能的新方法。”

有形的轉(zhuǎn)變

像比特幣這樣的加密貨幣是故意以神秘的方式運(yùn)作的。作為虛擬貨幣，它不受任何中央組的保護(hù)或控制。相反，加密貨幣通過稱為加密哈希的數(shù)學(xué)函數(shù)交換和保護(hù)信息 - 這是一種用于網(wǎng)絡(luò)安全的現(xiàn)代主力。這些函數(shù)在數(shù)學(xué)上將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為偽裝輸入的唯一輸出。

散列函數(shù)是故意設(shè)計(jì)的復(fù)雜，但它們也保持一致，以便相同的輸入始終產(chǎn)生相同的輸出。但是，兩個(gè)類似的輸入可能會(huì)產(chǎn)生非常不同的輸出。這些功能使計(jì)算機(jī)可以輕松跟蹤加密貨幣，但黑客也很難做到這一點(diǎn)。

作為一名物理學(xué)家，Gilpin說他看到了散列函數(shù)的工作方式與攪拌液體所涉及的物理定律之間的相似之處。“我認(rèn)為可能有一些類比，值得研究，”他說。并且，在冬假期間有幾周免費(fèi)，他決定探索他的想法。

Gilpin專注于一種稱為混沌混合的原理，它描述了混合流體的作用。想象一下，將咖啡奶精攪拌成一杯黑咖啡，看著奶精分成漩渦狀。如果奶精在將來以相同的方式被攪拌，則會(huì)產(chǎn)生相同的模式。但即使勺子位置的最小變化或攪拌速度也會(huì)產(chǎn)生非常不同的模式。換句話說，每次初始攪拌產(chǎn)生獨(dú)特的漩渦特征。

此外，只是看看咖啡中產(chǎn)生的奶精模式，并沒有揭示出原始動(dòng)作的任何內(nèi)容 - 勺子在哪里，移動(dòng)的速度，或者有多少個(gè)圓圈 - 類似于散列函數(shù)轉(zhuǎn)換信息的方式這樣輸入就無法識(shí)別。

Gilpin決定將混亂混合流體的例子作為哈希函數(shù)進(jìn)行測(cè)試。他發(fā)現(xiàn)混合流體的方程幾乎完全符合哈希函數(shù)的要求。“我沒想到它表現(xiàn)得那么好，”他說。“當(dāng)看起來它滿足哈希函數(shù)的每一個(gè)屬性時(shí)，我開始變得非常興奮。這表明數(shù)學(xué)混亂的行為有一些更為根本的東西。”

箱子外面

現(xiàn)代哈希函數(shù)是一個(gè)持續(xù)的研究領(lǐng)域，因?yàn)榧用茇泿藕皖愃频膽?yīng)用程序(如數(shù)字簽名)在信用卡交易和法律文件中變得越來越普遍。Gilpin懷疑計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)領(lǐng)域之間的平行可能有助于創(chuàng)建更安全的數(shù)字信息保護(hù)方式。

Gilpin表示，這種聯(lián)系還有助于驗(yàn)證精確的程序，例如藥物開發(fā)中使用的程序。某些藥物開發(fā)方法需要在特定時(shí)間點(diǎn)注入各種流體，類似于散列函數(shù)執(zhí)行精確的方程順序的方式。“如果你在完成后沒有形成正確的安排，那么你就知道你的一個(gè)過程沒有做好，”他說。“混亂的財(cái)產(chǎn)確保你不會(huì)意外地獲得看起來正確的最終產(chǎn)品。”

該發(fā)現(xiàn)還表明，加密的，可能是人為設(shè)計(jì)的計(jì)算并不是數(shù)字領(lǐng)域獨(dú)有的。吉林平說：“像液體一樣普通的東西仍在進(jìn)行計(jì)算。” “這不僅僅是人類告訴計(jì)算機(jī)要做的事情。它是大自然所做的事情，它體現(xiàn)在事物形成的結(jié)構(gòu)中。”

吉爾平本人不是計(jì)算機(jī)科學(xué)家或藥物開發(fā)者。當(dāng)他沒有連接數(shù)字和物理領(lǐng)域時(shí)，他與生物工程助理教授Manu Prakash一起研究流體在自然界的工作方式。所以對(duì)他而言，“我們可以開始使用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一些想法的想法非常令人興奮。”