研究表明，搅动液体所涉及的物理原理，与保障数字信息安全的数学函数运作方式相同。
在《美国国家科学院院刊》上发表的研究中，斯坦福大学应用物理专业博士生威廉·吉尔平（William Gilpin）描述了旋转的液体（例如咖啡）如何遵循与比特币等加密货币交易相同的原理。
加密货币的数学函数与自然界的物理过程之间的这种相似性，可能有助于开发更先进的数字安全技术，并有助于理解自然界中的物理过程。
吉尔平表示：“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，可能会为思考这些函数开辟新的途径。”
加密货币的运作方式
比特币等加密货币以一种刻意为之的神秘方式运作。没有任何中心机构保护或控制虚拟货币。相反，加密货币通过一种称为加密哈希的数学函数来交换和保护信息，这是网络安全领域的一种现代核心工具。这些函数以数学方式将数字信息转换为独特的输出结果，从而掩盖输入内容。
“像流体这样普通的东西仍在进行运算。这并不是只有人类才会告诉计算机去做的事情。”
哈希函数经过刻意设计而极为复杂，但它们也保持一致性，即相同的输入始终产生相同的输出。然而，两个相似的输入很可能产生截然不同的输出。这些函数使计算机能够轻松追踪加密货币，而黑客则难以做到同样的事情。
作为一名物理学家，吉尔平表示，他发现哈希函数的工作方式与搅动液体所涉及的物理定律之间存在相似之处。“我认为这其中可能存在某种值得深入研究的类比，”他说。于是，他利用冬季假期期间的几周空闲时间，决定探索自己的想法。
吉尔平专注于一种称为混沌混合的原理，它描述了流体混合的作用。想象一下，将咖啡伴侣倒入一杯黑咖啡中，然后观察伴侣分离成一个旋转的图案。如果将来以完全相同的方式搅拌咖啡伴侣，就会得到相同的图案。但即使搅勺位置或搅动速度发生最微小的变化，也会产生截然不同的图案。换言之，每一次初始搅动都会产生独特的旋涡特征。
此外，仅仅观察咖啡中咖啡伴侣形成的图案，并不能揭示最初的动作——搅勺位于何处、移动速度多快，或搅动了多少圈——这类似于哈希函数转换信息的方式，使得输入内容无法被识别。
吉尔平决定将流体混沌混合的示例作为哈希函数进行验证。他发现，流体混合所涉及的方程几乎完全符合哈希函数的要求。“我没有料到它会表现得如此出色，”他说。“当我发现它满足哈希函数的每一项特性时，我开始变得非常兴奋。这表明，混沌数学的运作方式背后可能存在某种更为根本的规律。”
用于药物和安全领域的哈希函数
随着加密货币以及数字签名等类似应用在信用卡交易和法律文件中日益普及，现代哈希函数仍是一个持续研究的领域。吉尔平认为，计算机科学与应用物理学两个领域之间的相似之处，可能有助于创造更安全的数字信息保护方式。
吉尔平表示，这种联系还有助于验证精确的操作流程，例如药物研发中所使用的流程。某些药物研发方法需要在特定时间点注入不同的流体，这类似于哈希函数按照精确顺序执行方程的方式。“如果完成后没有形成正确的排列，那么你就知道其中某个过程出了问题，”他说。“混沌特性确保你不会意外得到一个看似正确的最终产品。”
这一发现还表明，密码学层面的计算（大概是由人类设计的计算）并非数字领域所独有。吉尔平表示：“像流体这样普通的东西仍在进行运算。这并不是只有人类才会告诉计算机去做的事情。这是大自然所做的事情，它体现在事物形成的结构之中。”
吉尔平本人既不是计算机科学家，也不是药物研发人员。在他关注数字与物理领域之间联系之余，他与生物工程助理教授曼努·普拉卡什（Manu Prakash）一同研究自然界中流体的运作方式。因此，对他而言，“我们能够开始运用计算机科学中的一些理念，这一想法相当令人兴奋。”
这项工作的资金来自美国国防部。
