La fluidodinamica non è qualcosa che di solito viene in mente quando si pensa al bitcoin. Ma per un fisico di Stanford, la connessione è semplice come mescolare il caffè.

In uno studio pubblicato il 23 aprile in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Lo studente di dottorato in fisica applicata di Stanford William Gilpin ha descritto come i liquidi vorticosi, come il caffè, seguire gli stessi principi delle transazioni con criptovalute come bitcoin. Questo parallelo tra le funzioni matematiche che governano le criptovalute e quelle naturali, i processi fisici possono aiutare a sviluppare una sicurezza digitale più avanzata e a comprendere i processi fisici in natura.

"Avere un modello fisico reale e mostrare che questo è un processo naturale potrebbe aprire nuovi modi di pensare a quelle funzioni, " ha detto Gilpin.

Trasformazioni tangibili

Le criptovalute come il bitcoin funzionano apposta in modi misteriosi. Come valuta virtuale, non è protetto o controllato da alcun gruppo centrale. Anziché, le criptovalute scambiano e proteggono le informazioni attraverso una funzione matematica chiamata hash crittografico, un moderno cavallo di battaglia per la sicurezza informatica. Queste funzioni trasformano matematicamente le informazioni digitali in un output unico che maschera l'input.

Le funzioni hash sono progettate deliberatamente per essere complesse, ma rimangono anche coerenti in modo che lo stesso input produca sempre lo stesso output. Però, due input simili probabilmente produrranno output molto diversi. Queste funzioni rendono facile per i computer tenere traccia delle criptovalute, ma difficile per gli hacker fare lo stesso.

Come fisico, Gilpin ha detto di aver visto somiglianze tra il modo in cui funzionano le funzioni dell'hashish e le leggi fisiche coinvolte nell'agitare un liquido. "Ho pensato che probabilmente ci fosse qualche analogia che valesse la pena esaminare, " disse. E, con qualche settimana libera durante una pausa invernale ha deciso di esplorare la sua idea.

Gilpin si è concentrato su un principio chiamato mescolamento caotico, che descrive l'azione di mescolare un fluido. Immagina di mescolare la crema di caffè in una tazza di caffè nero e guardare la crema che si separa in uno schema vorticoso. Se la panna fosse stata mescolata esattamente allo stesso modo in futuro, lo stesso modello risulterebbe. Ma anche il più piccolo cambiamento nella posizione del cucchiaio o nella velocità di agitazione si traduce in uno schema molto diverso. In altre parole, ogni agitazione iniziale produce una firma di vortice unica.

Inoltre, solo guardare lo schema risultante della crema nel caffè non rivela nulla sull'azione originale:dove si trovava il cucchiaio, quanto velocemente si muoveva, o quanti cerchi, in modo simile al modo in cui una funzione di hash trasforma le informazioni in modo che l'input sia impossibile da identificare.

Gilpin ha deciso di mettere alla prova l'esempio della miscelazione caotica di fluidi come funzione di hash. Ha scoperto che le equazioni coinvolte nella miscelazione di un fluido soddisfano quasi perfettamente i requisiti per le funzioni di hash. "Non mi aspettavo che si comportasse così bene, " ha detto. "Quando sembrava che soddisfacesse ogni proprietà di una funzione di hash ho iniziato a eccitarmi davvero. Suggerisce che c'è qualcosa di più fondamentale nel modo in cui agisce la matematica caotica".

Fuori dagli schemi

Le moderne funzioni di hash sono un'area di ricerca continua, poiché le criptovalute e applicazioni simili come le firme digitali stanno diventando sempre più comuni per le transazioni con carta di credito e documenti legali. Gilpin sospetta che il parallelo tra i campi dell'informatica e della fisica applicata potrebbe aiutare a creare modi ancora più sicuri per proteggere le informazioni digitali.

Questa connessione può anche aiutare a convalidare procedure precise, come quelli utilizzati nello sviluppo di farmaci, disse Gilpin. Alcuni metodi di sviluppo di farmaci richiedono l'iniezione di vari fluidi in momenti specifici nel tempo, simile al modo in cui una funzione hash esegue un ordine preciso di equazioni. "Se non formuli la disposizione corretta quando hai finito, allora sai che uno dei tuoi processi non è andato bene, " ha detto. "La proprietà caotica assicura che non otterrai accidentalmente un prodotto finale che sembra corretto".

La scoperta suggerisce anche che la crittografia, presumibilmente i calcoli ideati dall'uomo non sono esclusivi del regno digitale. "Qualcosa di ordinario come un fluido sta ancora eseguendo calcoli, " ha detto Gilpin. "Non è qualcosa che solo gli umani dicono ai computer di fare. È qualcosa che fa la natura e si manifesta nella struttura di come si formano le cose".

Gilpin non è un informatico o uno sviluppatore di farmaci. Quando non sta collegando i campi digitale e fisico, studia il modo in cui i fluidi lavorano in natura con Manu Prakash, un assistente professore di bioingegneria. Quindi per lui, "l'idea che possiamo iniziare a utilizzare alcune di queste idee dall'informatica è piuttosto eccitante".