Vätskedynamik är inte något som vanligtvis tänker på när man tänker på bitcoin. Men för en Stanford -fysiker, anslutningen är så enkel som att röra i ditt kaffe.

I en studie publicerad 23 april i Förfaranden från National Academy of Sciences , Stanford tillämpade fysik doktorand William Gilpin beskrev hur virvlande vätskor, som kaffe, följa samma principer som transaktioner med kryptovalutor som bitcoin. Denna parallell mellan de matematiska funktionerna som styr kryptovalutor och naturliga, fysiska processer kan hjälpa till att utveckla mer avancerad digital säkerhet och förstå fysiska processer i naturen.

"Att ha en verklig fysisk modell och visa att detta är en naturligt förekommande process kan öppna nya sätt att tänka på dessa funktioner, Sa Gilpin.

Kännbara förändringar

Kryptovalutor som bitcoin fungerar medvetet på mystiska sätt. Som en virtuell valuta, den är inte skyddad eller kontrollerad av någon central grupp. Istället, kryptovalutor utbyter och säkrar information genom en matematisk funktion som kallas en kryptografisk hash - en modern arbetshäst för cybersäkerhet. Dessa funktioner omvandlar matematiskt digital information till en unik utgång som döljer ingången.

Hashfunktioner är medvetet utformade för att vara komplexa, men de förblir också konsekventa så att samma ingång alltid ger samma utgång. Dock, två liknande ingångar kommer sannolikt att ge mycket olika utgångar. Dessa funktioner gör det enkelt för datorer att spåra kryptovalutor men svårt för hackare att göra detsamma.

Som fysiker, Gilpin sa att han såg likheter mellan hur hashfunktioner fungerar och de fysiska lagarna som är involverade i omrörning av en vätska. "Jag tänkte att det förmodligen finns någon analogi där som var värd att titta på, "sa han. Och med några veckor ledigt under ett vinteruppehåll bestämde han sig för att utforska sin idé.

Gilpin fokuserade på en princip som kallas kaotisk blandning, som beskriver hur man blandar en vätska. Tänk dig att röra in kaffegrynen i en kopp svart kaffe och se hur grädden separeras i ett virvlande mönster. Om grädden rördes om på exakt samma sätt i framtiden, samma mönster skulle resultera. Men även den minsta förändringen av skedens placering eller omrörningens hastighet resulterar i ett helt annat mönster. Med andra ord, varje första omrörning ger en unik virvelsignatur.

Dessutom, bara titta på det resulterande mönstret av grädde i kaffet avslöjar ingenting om den ursprungliga åtgärden - var skeden var, hur snabbt det gick, eller hur många cirklar - på samma sätt som en hash -funktion omvandlar information så att ingången är omöjlig att identifiera.

Gilpin bestämde sig för att testa kaotisk-blandning av vätskor som en hash-funktion. Han fann att ekvationerna som är involverade i att blanda en vätska passar kraven för hashfunktioner nästan perfekt. "Jag förväntade mig inte att det skulle prestera så bra, "sa han." När det såg ut som att det uppfyllde varje egenskap hos en hash -funktion började jag bli riktigt upphetsad. Det tyder på att det är något mer fundamentalt på gång med hur kaotisk matematik agerar. "

Utanför boxen

Moderna hashfunktioner är ett pågående forskningsområde, eftersom kryptovalutor och liknande applikationer som digitala signaturer blir allt vanligare för kreditkortstransaktioner och juridiska dokument. Gilpin misstänker att parallellen mellan datavetenskap och tillämpad fysik kan hjälpa till att skapa ännu säkrare sätt att skydda digital information.

Denna anslutning kan också hjälpa till att validera exakta procedurer, såsom de som används vid läkemedelsutveckling, sa Gilpin. Vissa läkemedelsutvecklingsmetoder kräver att olika vätskor injiceras vid specifika tidpunkter, på samma sätt som en hash -funktion utför en exakt ekvationsordning. "Om du inte bildar rätt arrangemang när du är klar, då vet du att en av dina processer inte gick rätt, "sa han." Den kaotiska egenskapen säkerställer att du inte av misstag får en slutprodukt som ser korrekt ut. "

Upptäckten tyder också på att kryptografiska, förmodligen är mänskligt utformade beräkningar inte unika för det digitala området. "Något så vanligt som en vätska utför fortfarande beräkningar, "sa Gilpin." Det är inget som bara människor säger till datorer att göra. Det är något som naturen gör och det visar sig i strukturen för hur saker formas. "

Gilpin är inte en datavetare eller läkemedelsutvecklare själv. När han inte kopplar ihop de digitala och fysiska fälten, han studerar hur vätskor fungerar i naturen med Manu Prakash, en biträdande professor i bioingenjör. Så för honom, "idén att vi kan börja använda några av dessa idéer från datavetenskap är ganska spännande."