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旋转液体与比特币的工作方式类似

在考虑比特币时,通常不会想到流体动力学。但对于斯坦福大学的一位物理学家来说,这种联系就像搅拌咖啡一样简单。

在4月23日发表在“美国国家科学院院刊”上的一项研究中,斯坦福应用物理学博士生威廉吉尔平描述了旋转液体,如咖啡,遵循与比特币等加密货币交易相同的原则。管理加密货币和自然物理过程的数学函数之间的这种平行可能有助于开发更先进的数字安全性和理解自然界中的物理过程。

吉尔平说:“拥有一个真实的物理模型,并证明这是一个自然发生的过程,可能会开辟思考这些功能的新方法。”

有形的转变

像比特币这样的加密货币故意以神秘的方式运作。作为虚拟货币,它不受任何中央组的保护或控制。相反,加密货币通过称为加密哈希的数学函数来交换和保护信息 - 这是一种用于网络安全的现代主力。这些函数在数学上将数字信息转换为伪装输入的唯一输出。

散列函数是故意设计的复杂,但它们也保持一致,以便相同的输入始终产生相同的输出。但是,两个类似的输入可能会产生非常不同的输出。这些功能使计算机可以轻松跟踪加密货币,但黑客也很难做到这一点。

作为一名物理学家,Gilpin说他看到了散列函数的工作方式与搅拌液体所涉及的物理定律之间的相似之处。“我认为可能有一些类比,值得研究,”他说。而且,在冬假期间有几周免费,他决定探索他的想法。

Gilpin专注于一种称为混沌混合的原理,它描述了混合流体的作用。想象一下,将咖啡奶精搅拌成一杯黑咖啡,看着奶精分成漩涡状。如果奶精在将来以相同的方式被搅拌,则会产生相同的模式。但即使勺子位置的最小变化或搅拌速度也会产生非常不同的模式。换句话说,每次初始搅拌产生独特的漩涡特征。

此外,只是看看咖啡中产生的奶精模式,并没有透露任何有关原始动作的信息 - 勺子在哪里,移动的速度,或者有多少个圆圈 - 类似于散列函数转换信息的方式这样输入就无法识别。

Gilpin决定将混沌混合流体示例作为哈希函数进行测试。他发现混合流体所涉及的方程几乎完全符合哈希函数的要求。“我没想到它表现得那么好,”他说。“当看起来它满足哈希函数的每一个属性时,我开始变得非常兴奋。它表明,数学混乱的表现会有一些更为根本的东西。”

箱子外面

现代哈希函数是一个持续的研究领域,因为加密货币和类似的应用程序(如数字签名)在信用卡交易和法律文件中变得越来越普遍。Gilpin怀疑计算机科学和应用物理学领域之间的平行可能有助于创建更安全的数字信息保护方式。

Gilpin说,这种联系还有助于验证精确的程序,例如药物开发中使用的程序。某些药物开发方法需要在特定时间点注入各种流体,类似于散列函数执行精确的方程顺序的方式。“如果你在完成后没有形成正确的安排,那么你就知道你的一个过程没有做好,”他说。“混乱的财产确保你不会意外地得到看起来正确的最终产品。”

该发现还表明,加密的,可能是人为设计的计算并不是数字领域独有的。吉林平说:“像液体一样普通的东西仍在进行计算。” “这不仅仅是人类告诉计算机要做的事情。它是大自然所做的事情,它体现在事物形成的结构中。”

吉尔平本人不是计算机科学家或药物开发者。当他没有连接数字和物理领域时,他与生物工程助理教授Manu Prakash一起研究流体在自然界的工作方式。所以对他而言,“我们可以开始使用计算机科学中的一些想法的想法非常令人兴奋。”

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