La dynamique des fluides n'est pas quelque chose qui vient généralement à l'esprit lorsque l'on pense au bitcoin. Mais pour un physicien de Stanford, la connexion est aussi simple que de remuer votre café.

Dans une étude publiée le 23 avril dans Actes de l'Académie nationale des sciences , William Gilpin, doctorant en physique appliquée à Stanford, a décrit comment les liquides tourbillonnants, comme le café, suivre les mêmes principes que les transactions avec des crypto-monnaies telles que le bitcoin. Ce parallèle entre les fonctions mathématiques régissant les crypto-monnaies et naturelles, les processus physiques peuvent aider à développer une sécurité numérique plus avancée et à comprendre les processus physiques dans la nature.

"Avoir un modèle physique réel et montrer qu'il s'agit d'un processus naturel pourrait ouvrir de nouvelles façons de penser à ces fonctions, " a déclaré Gilpin.

Des transformations tangibles

Les crypto-monnaies comme le bitcoin fonctionnent volontairement de manière mystérieuse. En tant que monnaie virtuelle, il n'est protégé ou contrôlé par aucun groupe central. Au lieu, Les crypto-monnaies échangent et sécurisent les informations grâce à une fonction mathématique appelée hachage cryptographique, un outil de travail moderne pour la cybersécurité. Ces fonctions transforment mathématiquement les informations numériques en une sortie unique qui masque l'entrée.

Les fonctions de hachage sont délibérément conçues pour être complexes, mais ils restent également cohérents de sorte que la même entrée produit toujours la même sortie. Cependant, deux entrées similaires produiront probablement des sorties très différentes. Ces fonctions permettent aux ordinateurs de suivre facilement les crypto-monnaies, mais difficile pour les pirates de faire de même.

En tant que physicien, Gilpin a déclaré avoir vu des similitudes entre le fonctionnement des fonctions de hachage et les lois physiques impliquées dans l'agitation d'un liquide. "J'ai pensé qu'il y avait probablement une analogie là-bas qui valait la peine d'être examinée, " dit-il. Et, avec quelques semaines libres pendant les vacances d'hiver, il a décidé d'explorer son idée.

Gilpin s'est concentré sur un principe appelé mélange chaotique, qui décrit l'action de mélanger un fluide. Imaginez que vous mélangez de la crème à café dans une tasse de café noir et regardez la crème se séparer en un motif tourbillonnant. Si le crémier était remué exactement de la même manière à l'avenir, le même schéma en résulterait. Mais même le plus petit changement dans l'emplacement de la cuillère ou la vitesse de l'agitation entraîne un modèle très différent. En d'autres termes, chaque agitation initiale produit une signature de tourbillon unique.

En outre, le simple fait de regarder le motif résultant de la crème dans le café ne révèle rien sur l'action d'origine - où se trouvait la cuillère, à quelle vitesse il s'est déplacé, ou combien de cercles - de la même manière qu'une fonction de hachage transforme les informations de sorte que l'entrée est impossible à identifier.

Gilpin a décidé de tester l'exemple du mélange chaotique de fluides en tant que fonction de hachage. Il a découvert que les équations impliquées dans le mélange d'un fluide correspondaient presque parfaitement aux exigences des fonctions de hachage. "Je ne m'attendais pas à ce qu'il fonctionne aussi bien, " a-t-il dit. " Quand il a semblé qu'il satisfaisait à toutes les propriétés d'une fonction de hachage, j'ai commencé à être vraiment excité. Cela suggère qu'il se passe quelque chose de plus fondamental dans la façon dont les mathématiques se comportent de manière chaotique. »

Hors du cadre

Les fonctions de hachage modernes sont un domaine de recherche en cours, car les crypto-monnaies et les applications similaires telles que les signatures numériques deviennent de plus en plus courantes pour les transactions par carte de crédit et les documents juridiques. Gilpin soupçonne que le parallèle entre les domaines de l'informatique et de la physique appliquée pourrait aider à créer des moyens encore plus sûrs de protéger les informations numériques.

Cette connexion peut également permettre de valider des procédures précises, tels que ceux utilisés dans le développement de médicaments, dit Gilpin. Certaines méthodes de développement de médicaments nécessitent l'injection de divers fluides à des moments précis, similaire à la façon dont une fonction de hachage exécute un ordre précis d'équations. « Si vous ne formez pas le bon arrangement lorsque vous avez terminé, alors vous savez que l'un de vos processus n'a pas fonctionné correctement, ", a-t-il déclaré. "La propriété chaotique garantit que vous n'obtiendrez pas accidentellement un produit final qui semble correct."

La découverte suggère également que la cryptographie, on peut supposer que les calculs conçus par l'homme ne sont pas uniques au domaine numérique. "Quelque chose d'aussi ordinaire qu'un fluide effectue encore des calculs, " a déclaré Gilpin. " Ce n'est pas quelque chose que seuls les humains demandent aux ordinateurs de faire. C'est quelque chose que fait la nature et cela apparaît dans la structure de la formation des choses. »

Gilpin n'est pas lui-même informaticien ou développeur de médicaments. Quand il ne connecte pas les champs numériques et physiques, il étudie le fonctionnement des fluides dans la nature avec Manu Prakash, professeur adjoint de bio-ingénierie. Alors pour lui, "l'idée que nous pouvons commencer à utiliser certaines de ces idées de l'informatique est assez excitante."