Z laboratorium: technologia informacyjna

Zabij boty!
Oprogramowanie udaremnia złośliwym hakerom

Kontekst: Złośliwe programy komputerowe, znane jako robaki, codziennie infekują ponad 30 000 nowych komputerów. Bez wiedzy ich właścicieli, zhakowane maszyny wykonują rozkazy wysyłania spamu, powiedzmy, lub dostępu do określonych stron internetowych. Jeśli wystarczająca liczba tak zwanych maszyn zombie jednocześnie skontaktuje się z konkretnym serwerem sieciowym, mogą go wyłączyć. Zawodowi hakerzy wykorzystywali groźbę takich rozproszonych ataków typu „odmowa usługi” do wyłudzania pieniędzy od firm. W zeszłym roku jeden z menedżerów biznesowych firmy został oskarżony o płacenie hakerom za wykorzystanie zombie do usuwania witryn konkurencji. Zombie omijają mechanizmy obronne serwera WWW, przebierając się za legalnych użytkowników, a następnie blokują dostęp do serwera, przeciążając nie tylko przepustowość sieci, ale także procesor, pamięć, miejsce na dysku i zasoby bazy danych. Teraz, kierowani przez Dinę Katabi, naukowcy z MIT, Princeton University i Akamai Technologies opracowali Kill-Bots, sprytny, prosty i tani sposób na odróżnienie przyjaciela od wroga. W przeciwieństwie do innych produktów przydziela zasoby systemowe serwera dopiero po potwierdzeniu, że użytkownik jest legalny.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2005 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Metody i wyniki: Kill-Bots, modyfikacja oprogramowania systemu operacyjnego serwera, uruchamia się, gdy witryna jest zagrożona przeciążeniem przez ruch. Oprogramowanie prosi zgłaszających o rozwiązanie prostej łamigłówki graficznej, zanim przyzna dostęp do zasobów serwera, takich jak przestrzeń buforowa. Ludzie mogą łatwo rozwiązać te zagadki; zombie w ogóle nie mogą tego zrobić. Adresy, które wielokrotnie proszą o dostęp do witryny bez rozwiązania zagadki, są automatycznie umieszczane na czarnej liście. Gdy obciążenie serwera WWW spada, przestaje wydawać łamigłówki i akceptuje żądania z adresów spoza czarnej listy, dzięki czemu dostęp mogą uzyskać nawet prawdziwi użytkownicy, którzy nie rozwiązali zagadki.
W eksperymentach serwer sieci Web chroniony przez Kill-Bots z powodzeniem przetrwał pięć razy więcej trafień niż serwer sieci Web niechroniony. Serwer WWW nie tylko pozostawał w trybie online, ale chronione strony internetowe utrzymywały również krótkie czasy odpowiedzi, nawet w szczytowym momencie ataku.

Dlaczego jest to ważne: Rozprzestrzeniają się obawy związane z rozproszonymi atakami typu „odmowa usługi”. Większość zabezpieczeń serwera sieci Web wykorzystuje procedury uwierzytelniania, które można łatwo przechytrzyć i które zależą od zreplikowanej zawartości, wielu procesorów i dodatkowej przepustowości, a wszystko to kosztuje. Kill-Bots jest znacznie tańszy i można go łatwo wdrożyć; nie wymaga zmian w przeglądarkach internetowych użytkowników i współpracuje z bardzo dużą liczbą serwerów WWW z systemem Linux. Chociaż Kill-Bots od czasu do czasu błędnie klasyfikuje legalnych użytkowników jako zombie, pozwala atakowanym witrynom pozostać dostępnym, a tym samym obiecuje utrzymać sieć otwartą dla biznesu, jednocześnie blokując drogę dla złodziei i wandali.

Źródło: Kandula, S. i in. 2005. Botz-4-Sale: przetrwanie zorganizowanych ataków DDoS, które naśladują błyskawiczne tłumy. Referat wygłoszony na II Sympozjum Projektowania i Wdrażania Systemów Sieciowych. 2-4 maja. Boston, MA.

Detronizacja tranzystora
Nowy przełącznik logiki molekularnej

Kontekst: Terminy półprzewodnik i komputer splotły się ze sobą; lepsza produkcja półprzewodników umożliwiła wypuszczanie co roku chipów z mniejszymi i szybszymi obwodami. Ale za dekadę miniaturyzacja tranzystorów krzemowych może osiągnąć fizyczne granice, które uniemożliwiają dalsze ulepszenia. Dlatego inżynierowie firmy Hewlett-Packard stworzyli urządzenie molekularne, które może być sercem komputera przyszłości.

Metody i wyniki: Obwody zaproponowane przez Phila Kuekesa i jego kolegów z HP opierają się na poprzeczce: szeregu skrzyżowanych metalowych drutów oddzielonych pojedynczą warstwą molekuł. Podobnie jak tranzystor, poprzeczka może być przełączana między stanem wysokiego i niskiego przewodzenia, co pozwala na przechowywanie informacji. Kuekes pokazuje, jak łączyć poprzeczki, aby mogły nie tylko przechowywać dane, ale także przywracać zaszumione dane i stosować operację logiczną zwaną inwersją, która zamienia pliki binarne 0 s dla jeden s i jeden s dla 0 s. Poprzeczki można łączyć z innymi komponentami w celu wygenerowania całej rodziny logiki potrzebnej do obliczeń. Naukowcy muszą jeszcze połączyć wszystkie te możliwości w samodzielne urządzenie obliczeniowe i nie znaleźli jeszcze sposobu na tworzenie połączeń molekularnych, które szybko i niezawodnie przełączają stany, aby konkurować z tranzystorami krzemowymi. Niemniej jednak po raz pierwszy pokazali, że poprzeczki mogą wykonywać wszystkie funkcje, jakie mogą pełnić tranzystory.

Dlaczego jest to ważne: Naukowcy z HP utorowali drogę ku chipowi komputerowemu bez konwencjonalnych tranzystorów. Proces użyty do tworzenia ich poprzeczek jest tani i w zasadzie mógłby doprowadzić do powstania elementów logicznych nawet mniejszych niż te zbudowane z najbardziej zaawansowanych tranzystorów krzemowych, co umożliwiłoby szybsze i wydajniejsze układy komputerowe. Ale nawet jeśli wydajność i niezawodność poprzeczek przewyższają tranzystory, nadal może im brakować siły, aby konkurować z ugruntowaną branżą półprzewodników. Poprzeczki mogą zamiast tego znaleźć swoje pierwsze zastosowania gdzie indziej, na przykład w elastycznych urządzeniach logicznych lub wyświetlaczach.

Źródło: Kuekes, PJ, D.R. Stewart i R.S. Williams. 2005. Zatrzask poprzeczki: przechowywanie wartości logicznej, przywracanie i odwracanie w obwodach poprzeczki. Dziennik Fizyki Stosowanej 97: 034301.

Jaśniejszy krzem
W kierunku wydajniejszych urządzeń optycznych

Kontekst: Krzem jest dobry w przemieszczaniu elektronów wokół chipów, ale znacznie gorzej niż większość innych półprzewodników w manipulowaniu światłem. Ta wada sprawiła, że ​​chipy optyczne, które przekazują informacje wydajniej niż chipy elektryczne, są szeroko stosowane. Nanokryształy krzemu, kilka atomów krzemu pokrytych warstwą tlenku, emitują światło wydajniej niż krzem luzem, ale urządzenia zawierające je szybko zużywają się i nadal są zbyt nieefektywne dla większości zastosowań. Teraz zespół kierowany przez Harry'ego Atwatera z Caltech poprawił zdolność krzemu do emitowania światła, dając impuls branży poszukującej nowych sposobów wytwarzania szybszych chipów.

Metody i wyniki: W konwencjonalnej diodzie elektroluminescencyjnej (LED) elektrony przechodzące przez kryształ półprzewodnikowy napotykają dziury elektronowe – lub luki pozostawione w krysztale przez nieobecne elektrony – i tracą energię, która jest emitowana jako światło. Ale to podejście nie działa dobrze w przypadku krzemowych nanokrystalicznych diod LED, w których elektrony poruszające się w kierunku otworów mogą zderzać się z atomami w krysztale i przemieszczać je, obniżając wydajność.
Poprzednie krzemowe diody LED wykorzystywały oddzielne elektrody do wstrzykiwania dziur i elektronów do nanokryształów krzemu. Ale Atwater i koledzy odkryli, jak wstrzykiwać oba z jednej elektrody. W ich urządzeniu cienka warstwa nanokryształów krzemu znajduje się na elektrodzie, która naprzemiennie dodaje elektrony i dodaje dziury. Dzięki temu elektrony nie będą gwałtownie przeskakiwać przez kryształ i go uszkadzać. Ponadto, eliminując jeden z punktów wejścia i wyjścia dla elektronów, grupa Caltech stworzyła urządzenia, które są łatwiejsze w produkcji i bardziej spójne w działaniu.

Dlaczego jest to ważne: Nową diodę LED można zbudować przy użyciu standardowego wyposażenia, które można zintegrować z linią produkcyjną chipów. Jego wydajność jest jednak wciąż na tyle niska, że ​​ogranicza jej zastosowanie. Aby poprawić szybkość przetwarzania chipów krzemowych, dioda LED musiałaby włączać się i wyłączać szybciej; aby być użytecznym w wyświetlaczu, musiałby zużywać mniej energii. Niemniej jednak branża półprzewodników ma wiele praktyki w poprawianiu wydajności chipów krzemowych. Problemy prędkości i mocy mogą nie pozostać nierozwiązane na długo.

Źródło: Walters, RJ, G.I. Bourianoff i H.A. Atwater. 2005. Elektroluminescencja pola w nanokryształach krzemu. Materiały przyrodnicze 4:143-146.

ukryć