Fra Laboratoriet: Informationsteknologi

Dræb botterne!
Software modarbejder ondsindede hackere

Sammenhæng: De ondsindede computerprogrammer kendt som orme inficerer mere end 30.000 nye computere hver dag. Uden at deres ejere ved det, følger de kompromitterede maskiner ordrer om at sende spam f.eks. eller få adgang til bestemte websteder. Hvis nok af disse såkaldte zombiemaskiner samtidig kontakter en bestemt webserver, kan de slå den ud af drift. Professionelle hackere har brugt truslen om sådanne distribuerede denial-of-service-angreb til at afpresse penge fra virksomheder. Sidste år blev en virksomheds forretningsleder tiltalt for at betale hackere for at bruge zombier til at nedbryde konkurrenternes hjemmesider. Zombierne undviger en webservers forsvar ved at forklæde sig som legitime brugere og derefter blokere adgangen til serveren ved at overbelaste ikke kun dens netværksbåndbredde, men også dens CPU, hukommelse, diskplads og databaseressourcer. Nu, ledet af Dina Katabi, har forskere fra MIT, Princeton University og Akamai Technologies udviklet Kill-Bots, et smart, enkelt og billigt middel til at skelne ven fra fjende. I modsætning til andre produkter tildeler den først en servers systemressourcer, efter at en bruger er bekræftet som legitim.

Denne historie var en del af vores maj 2005-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Metoder og resultater: Kill-Bots, en softwareændring til en servers operativsystem, træder i kraft, når et websted er i fare for at blive overvældet af trafik. Softwaren beder anmoderne om at løse et simpelt grafisk puslespil, før det giver adgang til serverressourcer som bufferplads. Mennesker kan nemt løse disse gåder; zombier kan slet ikke gøre det. Adresser, der gentagne gange anmoder om webstedsadgang uden at løse gåden, sortlistes automatisk. Når belastningen på webserveren aftager, stopper den med at udsende gåder og accepterer anmodninger fra ikke-sortlistede adresser, så selv rigtige brugere, der ikke har løst gåden, kan få adgang.
I eksperimenter udholdt en Kill-Bots-beskyttet webserver med succes fem gange så mange hits som en ubeskyttet webserver. Ikke alene forblev webserveren online, men beskyttede websteder opretholdt også hurtige svartider, selv under angrebets højdepunkt.

Hvorfor det betyder noget: Bekymringer over distribuerede denial-of-service-angreb breder sig. De fleste webserverforsvar bruger godkendelsesprocedurer, der let kan overlistes og afhænger af replikeret indhold, flere CPU'er og ekstra båndbredde, som alt sammen koster penge. Kill-Bots er meget billigere og kan nemt implementeres; det kræver ingen ændringer i brugernes webbrowsere og fungerer med det meget store antal webservere, der kører Linux. Selvom Kill-Bots lejlighedsvis fejlklassificerer legitime brugere som zombier, tillader det websteder, der er under angreb, at forblive tilgængelige og lover derfor at holde nettet åbent for forretninger, mens det spærrer vejen for tyve og vandaler.

Kilde: Kandula, S., et al. 2005. Botz-4-Sale: overlevende organiserede DDoS-angreb, der efterligner flash-skarer. Paper præsenteret på 2. symposium om netværkssystemers design og implementering. 2-4 maj. Boston, MA.

Detronisering af transistoren
En ny molekylær logisk switch

Sammenhæng: Begreberne halvleder og computer er blevet flettet sammen; bedre halvlederfremstilling har muliggjort frigivelsen af ​​chips med mindre og hurtigere kredsløb hvert år. Men om et årti kan miniaturiseringen af ​​siliciumtransistorer nå fysiske grænser, der forhindrer yderligere forbedringer. Så ingeniører fra Hewlett-Packard har skabt en molekylær enhed, der kunne være hjertet i fremtidens computer.

Metoder og resultater: Kredsløbene foreslået af Phil Kuekes og hans HP-kolleger er afhængige af en tværstang: en række krydsede metaltråde adskilt af et enkelt lag molekyler. Ligesom en transistor kan en tværstang skiftes mellem en høj og lav ledende tilstand, så den kan gemme information. Kuekes viser, hvordan man sammenkæder tværbjælker, så de ikke kun kan lagre data, men også gendanne støjende data og anvende en logisk operation kaldet inversion, som bytter binær 0 s for en s og en s for 0 s. Tværstængerne kan forbindes med andre komponenter for at generere hele familien af ​​logik, der er nødvendig for databehandling. Forskerne har endnu ikke kombineret alle disse egenskaber i en selvstændig computerenhed, og de har endnu ikke fundet en måde at lave molekylære forbindelser, der skifter tilstande hurtigt og pålideligt nok til at konkurrere med siliciumtransistorer. Ikke desto mindre har de givet den første demonstration af, at tværstænger kan udføre alle de funktioner, transistorer kan udføre.

Hvorfor det betyder noget: HP-forskerne har ryddet vejen mod en computerchip uden konventionelle transistorer. Processen, der bruges til at skabe deres tværstænger, er billig og kan i princippet føre til logiske elementer, der er endnu mindre end dem, der er konstrueret af de mest avancerede siliciumtransistorer, hvilket ville muliggøre hurtigere og mere effektive computerchips. Men selvom ydeevnen og pålideligheden af ​​tværstænger overgår transistorernes, kan de stadig mangle muskler til at konkurrere med den forankrede halvlederindustri. Tværbjælker kan i stedet finde deres første applikationer andre steder, for eksempel i fleksible logiske enheder eller skærme.

Kilde: Kuekes, P.J., D.R. Stewart og R.S. Williams. 2005. Tværstangslåsen: lagring af logiske værdier, restaurering og inversion i tværstangskredsløb. Journal of Applied Physics 97: 034301.

Lysere silicium
Mod mere effektive optiske enheder

Sammenhæng: Silicium er god til at flytte elektroner rundt om chips, men meget dårligere end de fleste andre halvledere til at manipulere lys. Denne mangel har holdt optiske chips, som transmitterer information mere effektivt end elektriske chips, fra bredere anvendelse. Siliciumnanokrystaller, nogle få siliciumatomer dækket med et oxidlag, udsender lys mere effektivt end bulksilicium, men enheder, der inkorporerer dem, slides hurtigt og er stadig for ineffektive til de fleste applikationer. Nu har et team ledet af Harry Atwater fra Caltech forbedret siliciums evne til at udsende lys, hvilket giver et boost til en industri, der leder efter nye måder at lave hurtigere chips.

Metoder og resultater: I en konventionel lysemitterende diode (LED) møder elektroner, der bevæger sig gennem en halvledende krystal, elektronhuller - eller huller efterladt i krystallen af ​​fraværende elektroner - og mister energi, som udsendes som lys. Men denne tilgang fungerer ikke godt med silicium nanokrystal LED'er, hvor elektroner, der bevæger sig mod hullerne, kan kollidere med atomer i krystallen og forskyde dem, hvilket forringer ydeevnen.
Tidligere silicium LED'er brugte separate elektroder til at injicere huller og elektroner i silicium nanokrystaller. Men Atwater og kolleger fandt ud af, hvordan man injicerer begge dele fra en enkelt elektrode. I deres enhed sidder et tyndt lag siliciumnanokrystaller oven på en elektrode, der skifter mellem at tilføje elektroner og tilføje huller. Dette forhindrer elektroner i at raketere voldsomt hen over krystallen og beskadige den. Ved at eliminere et af indgangs- og udgangspunkterne for elektroner har Caltech-gruppen også lavet enheder, der er nemmere at fremstille og mere ensartede i ydeevne.

Hvorfor det betyder noget: Den nye LED kan bygges ved hjælp af standardudstyr, der kunne integreres i en chip-fremstillingslinje. Dens ydeevne er dog stadig lav nok til at begrænse brugen. For at forbedre behandlingshastigheden af ​​siliciumchips skal LED'en tænde og slukke hurtigere; for at kunne bruges i en skærm, skal den forbruge mindre strøm. Ikke desto mindre har halvlederindustrien megen praksis med at forbedre ydeevnen af ​​siliciumchips. Problemerne med hastighed og kraft forbliver måske ikke uløst længe.

Kilde: Walters, R. J., G. I. Bourianoff og H. A. Atwater. 2005. Felteffekt elektroluminescens i silicium nanokrystaller. Naturmaterialer 4: 143-146.

skjule