Van het lab: informatietechnologie

Dood de bots!
Software dwarsboomt kwaadwillende hackers

Context: De kwaadaardige computerprogramma's die bekend staan ​​als wormen infecteren elke dag meer dan 30.000 nieuwe computers. Zonder medeweten van hun eigenaren, volgen de besmette machines bevelen op om bijvoorbeeld spam te verzenden of om toegang te krijgen tot bepaalde websites. Als genoeg van deze zogenaamde zombiemachines tegelijkertijd contact maken met een bepaalde webserver, kunnen ze deze buiten werking stellen. Professionele hackers hebben de dreiging van dergelijke gedistribueerde denial-of-service-aanvallen gebruikt om geld van bedrijven af ​​te persen. Vorig jaar werd de zaakvoerder van een bedrijf aangeklaagd voor het betalen van hackers om zombies te gebruiken om websites van concurrenten te verwijderen. De zombies ontwijken de verdediging van een webserver door zichzelf te vermommen als legitieme gebruikers en vervolgens de toegang tot de server te blokkeren door niet alleen de netwerkbandbreedte te overbelasten, maar ook de CPU, het geheugen, de schijfruimte en de databasebronnen. Nu, onder leiding van Dina Katabi, hebben onderzoekers van MIT, Princeton University en Akamai Technologies Kill-Bots ontwikkeld, een slimme, eenvoudige en goedkope manier om vriend van vijand te onderscheiden. In tegenstelling tot andere producten, wijst het de systeembronnen van een server pas toe nadat een gebruiker als legitiem is bevestigd.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2005

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Methoden en resultaten: Kill-Bots, een softwareaanpassing aan het besturingssysteem van een server, treedt in werking wanneer een website dreigt te worden overspoeld door verkeer. De software vraagt ​​aanvragers om een ​​eenvoudige grafische puzzel op te lossen voordat toegang wordt verleend tot serverbronnen zoals bufferruimte. Mensen kunnen deze puzzels gemakkelijk oplossen; zombies kunnen dat helemaal niet. Adressen die herhaaldelijk om toegang tot de site vragen zonder de puzzel op te lossen, worden automatisch op de zwarte lijst gezet. Wanneer de belasting van de webserver afneemt, stopt het met het uitgeven van puzzels en accepteert het verzoeken van adressen die niet op de zwarte lijst staan, zodat zelfs echte gebruikers die de puzzel niet hebben opgelost, toegang kunnen krijgen.
In experimenten heeft een door Kill-Bots beveiligde webserver met succes vijf keer zoveel hits doorstaan ​​als een onbeveiligde webserver. Niet alleen bleef de webserver online, beschermde websites hadden ook snelle responstijden, zelfs tijdens het hoogtepunt van de aanval.

Waarom het uitmaakt: Zorgen over gedistribueerde denial-of-service-aanvallen nemen toe. De meeste beveiligingen van webservers gebruiken authenticatieprocedures die gemakkelijk te slim af zijn en afhankelijk zijn van gerepliceerde inhoud, meerdere CPU's en extra bandbreedte, die allemaal geld kosten. Kill-Bots is veel goedkoper en kan eenvoudig worden ingezet; het vereist geen wijzigingen in de webbrowsers van gebruikers en werkt met het zeer grote aantal webservers waarop Linux draait. Hoewel Kill-Bots af en toe legitieme gebruikers ten onrechte als zombies classificeert, blijven websites die worden aangevallen beschikbaar en belooft het dus het web open te houden voor zaken, terwijl het de weg verspert voor dieven en vandalen.

Bron: Kandula, S., et al. 2005. Botz-4-Sale: overlevende georganiseerde DDoS-aanvallen die flash-menigten nabootsen. Paper gepresenteerd op 2e symposium over ontwerp en implementatie van netwerksystemen. 2-4 mei. Boston, MA.

De transistor onttronen
Een nieuwe moleculair logische schakelaar

Context: De termen halfgeleider en computer zijn met elkaar verweven; betere halfgeleiderproductie heeft het mogelijk gemaakt om elk jaar chips met kleinere en snellere circuits op de markt te brengen. Maar over een decennium kan de miniaturisering van siliciumtransistors fysieke grenzen bereiken die verdere verbeteringen in de weg staan. Daarom hebben ingenieurs van Hewlett-Packard een moleculair apparaat gemaakt dat het hart van de computer van de toekomst zou kunnen zijn.

Methoden en resultaten: De circuits die door Phil Kuekes en zijn HP-collega's zijn voorgesteld, zijn gebaseerd op een dwarsbalk: een reeks gekruiste metalen draden gescheiden door een enkele laag moleculen. Net als een transistor kan een dwarsbalk worden geschakeld tussen een hoog- en laaggeleidende toestand, waardoor informatie kan worden opgeslagen. Kuekes laat zien hoe u dwarsbalken kunt koppelen, zodat ze niet alleen gegevens kunnen opslaan, maar ook gegevens met ruis kunnen herstellen en een logische bewerking, inversie genaamd, kunnen toepassen die binaire gegevens verwisselt. 0 is voor een s en een is voor 0 s. De dwarsbalken kunnen worden gekoppeld aan andere componenten om de hele familie van logica te genereren die nodig is voor computergebruik. De onderzoekers moeten al deze mogelijkheden nog combineren in een stand-alone computerapparaat, en ze hebben nog geen manier gevonden om moleculaire knooppunten te maken die snel en betrouwbaar genoeg van toestand veranderen om te concurreren met siliciumtransistors. Desalniettemin hebben ze de eerste demonstratie gegeven dat crossbars alle functies kunnen uitvoeren die transistors kunnen uitvoeren.

Waarom het uitmaakt: De HP-onderzoekers hebben een pad vrijgemaakt naar een computerchip zonder conventionele transistors. Het proces dat wordt gebruikt om hun dwarsbalken te maken, is goedkoop en zou in principe kunnen leiden tot logische elementen die nog kleiner zijn dan die gemaakt van de meest geavanceerde siliciumtransistors, wat snellere en efficiëntere computerchips mogelijk zou maken. Maar zelfs als de prestaties en betrouwbaarheid van dwarsbalken die van transistors overtreffen, hebben ze misschien nog steeds niet de kracht om te concurreren met de diepgewortelde halfgeleiderindustrie. In plaats daarvan kunnen dwarsbalken hun eerste toepassingen elders vinden, bijvoorbeeld in flexibele logische apparaten of displays.

Bron: Kuekes, P.J., D.R. Stewart en R.S. Williams. 2005. De dwarsbalkvergrendeling: opslag, herstel en inversie van logische waarden in dwarsbalkcircuits. Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde 97: 034301.

Helderder silicium
Op weg naar efficiëntere optische apparaten

Context: Silicium is goed in het pendelen van elektronen rond chips, maar veel slechter dan de meeste andere halfgeleiders in het manipuleren van licht. Deze tekortkoming heeft ervoor gezorgd dat optische chips, die informatie efficiënter overbrengen dan elektrische chips, niet op grotere schaal kunnen worden gebruikt. Silicium-nanokristallen, een paar atomen van silicium bedekt met een oxidelaag, stralen efficiënter licht uit dan bulksilicium, maar apparaten waarin ze zijn verwerkt, slijten snel en zijn nog steeds te inefficiënt voor de meeste toepassingen. Nu heeft een team onder leiding van Harry Atwater van Caltech het vermogen van silicium om licht uit te stralen verbeterd, wat een boost geeft aan een industrie die op zoek is naar nieuwe manieren om snellere chips te maken.

Methoden en resultaten: In een conventionele light-emitting diode (LED) ontmoeten elektronen die door een halfgeleidend kristal reizen elektronengaten - of gaten die in het kristal zijn achtergelaten door afwezige elektronen - en verliezen energie, die wordt uitgezonden als licht. Maar deze benadering werkt niet goed met silicium nanokristal-LED's, waar elektronen die naar de gaten gaan, kunnen botsen met atomen in het kristal en deze kunnen verplaatsen, waardoor de prestaties afnemen.
Eerdere silicium-LED's gebruikten afzonderlijke elektroden om gaten en elektronen in siliciumnanokristallen te injecteren. Maar Atwater en collega's ontdekten hoe ze beide met een enkele elektrode konden injecteren. In hun apparaat zit een dunne laag silicium nanokristallen bovenop een elektrode die afwisselt tussen het toevoegen van elektronen en het toevoegen van gaten. Dit voorkomt dat elektronen met geweld over het kristal schieten en het beschadigen. Door een van de in- en uitgangen voor elektronen te elimineren, heeft de Caltech-groep apparaten gemaakt die gemakkelijker te fabriceren zijn en consistenter zijn in prestaties.

Waarom het uitmaakt: De nieuwe LED kan worden gebouwd met behulp van standaardapparatuur die kan worden geïntegreerd in een chipproductielijn. De prestaties zijn echter nog steeds laag genoeg om het gebruik ervan te beperken. Om de verwerkingssnelheid van siliciumchips te verbeteren, zou de led sneller aan en uit moeten gaan; om van nut te zijn in een display, zou het minder stroom moeten verbruiken. Desalniettemin heeft de halfgeleiderindustrie veel praktijk om de prestaties van siliciumchips te verbeteren. De problemen van snelheid en kracht blijven misschien niet lang onopgelost.

Bron: Walters, R.J., G.I. Bourianoff en H.A. Atwater. 2005. Veldeffect elektroluminescentie in silicium nanokristallen. Natuurmaterialen 4: 143-146.

zich verstoppen