Från labbet: Informationsteknologi

Döda botsarna!
Programvara motverkar illvilliga hackare

Sammanhang: De skadliga datorprogrammen som kallas maskar infekterar mer än 30 000 nya datorer varje dag. Oavsett för sina ägare följer de komprometterade maskinerna order om att skicka spam, t.ex. eller för att komma åt särskilda webbplatser. Om tillräckligt många av dessa så kallade zombiemaskiner samtidigt kontaktar en viss webbserver kan de slå den ur drift. Professionella hackare har använt hotet om sådana distribuerade denial-of-service-attacker för att pressa ut pengar från företag. Förra året åtalades ett företags affärschef för att ha betalat hackare för att använda zombies för att ta ner konkurrenters webbplatser. Zombierna undviker en webbservers försvar genom att maskera sig som legitima användare och blockerar sedan åtkomst till servern genom att överbelasta inte bara dess nätverksbandbredd, utan också dess CPU, minne, diskutrymme och databasresurser. Nu, ledda av Dina Katabi, har forskare från MIT, Princeton University och Akamai Technologies utvecklat Kill-Bots, ett smart, enkelt och billigt sätt att skilja vän från fiende. Till skillnad från andra produkter allokerar den en servers systemresurser först efter att en användare har bekräftats som legitim.

Den här historien var en del av vårt majnummer 2005

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Metoder och resultat: Kill-Bots, en mjukvaruändring av en servers operativsystem, slår in när en webbplats riskerar att överväldigas av trafik. Programvaran ber begäranden att lösa ett enkelt grafiskt pussel innan det ger åtkomst till serverresurser som buffertutrymme. Människor kan lösa dessa pussel lätt; zombies kan inte göra det alls. Adresser som upprepade gånger begär åtkomst till webbplatsen utan att lösa pusslet svartlistas automatiskt. När belastningen på webbservern minskar slutar den att lägga pussel och accepterar förfrågningar från icke-svartlistade adresser, så även riktiga användare som inte löst pusslet kan få tillgång.
I experiment klarade en Kill-Bots-skyddad webbserver framgångsrikt fem gånger så många träffar som en oskyddad webbserver. Inte bara höll webbservern online, utan skyddade webbplatser upprätthöll också snabba svarstider, även under attackens höjdpunkt.

Varför det är viktigt: Oron över distribuerade överbelastningsattacker sprider sig. De flesta webbserverförsvar använder autentiseringsprocedurer som lätt kan överlistas och beror på replikerat innehåll, flera processorer och extra bandbredd, vilket allt kostar pengar. Kill-Bots är mycket billigare och kan enkelt användas; det kräver inga ändringar i användarnas webbläsare och fungerar med det mycket stora antalet webbservrar som kör Linux. Även om Kill-Bots ibland felklassificerar legitima användare som zombies, tillåter det att webbplatser under attack förblir tillgängliga och lovar därför att hålla webben öppen för affärer, samtidigt som den spärrar vägen för tjuvar och vandaler.

Källa: Kandula, S., et al. 2005. Botz-4-Sale: att överleva organiserade DDoS-attacker som efterliknar blixtmassor. Artikel presenterad vid andra symposiet om design och implementering av nätverkssystem. 2–4 maj. Boston, MA.

Att detronisera transistorn
En ny molekylär logisk switch

Sammanhang: Termerna halvledare och dator har blivit sammanflätade; Bättre halvledartillverkning har möjliggjort släppandet av chips med mindre och snabbare kretsar varje år. Men om ett decennium kan miniatyriseringen av kiseltransistorer nå fysiska gränser som förhindrar ytterligare förbättringar. Så ingenjörer från Hewlett-Packard har skapat en molekylär enhet som kan vara hjärtat i framtidens dator.

Metoder och resultat: Kretsarna som föreslagits av Phil Kuekes och hans HP-kollegor förlitar sig på en tvärstång: en rad korsade metalltrådar åtskilda av ett enda lager av molekyler. Precis som en transistor kan en tvärstång växlas mellan ett högt och lågt ledande tillstånd, vilket gör att den kan lagra information. Kuekes visar hur man länkar tvärstaplar så att de inte bara kan lagra data utan också återställa brusig data och tillämpa en logisk operation som kallas inversion, som byter binär 0 s för ett s och ett s för 0 s. Tvärstängerna kan länkas till andra komponenter för att generera hela familjen av logik som behövs för datoranvändning. Forskarna har ännu inte kombinerat alla dessa möjligheter till en fristående datorenhet, och de har ännu inte hittat ett sätt att göra molekylära korsningar som byter tillstånd snabbt och tillräckligt tillförlitligt för att konkurrera med kiseltransistorer. Ändå har de tillhandahållit den första demonstrationen att tvärbalkar kan utföra alla funktioner som transistorer kan utföra.

Varför det är viktigt: HP-forskarna har banat väg mot ett datorchip utan konventionella transistorer. Processen som används för att skapa deras tvärbalkar är billig och kan i princip leda till logiska element som är ännu mindre än de som är konstruerade av de mest avancerade kiseltransistorerna, vilket skulle möjliggöra snabbare och effektivare datorchips. Men även om prestandan och tillförlitligheten hos tvärbalkar överträffar transistorernas, kan de fortfarande sakna musklerna för att konkurrera med den förankrade halvledarindustrin. Tvärlister kan istället hitta sina första applikationer någon annanstans, till exempel i flexibla logiska enheter eller displayer.

Källa: Kuekes, P.J., D.R. Stewart och R.S. Williams. 2005. Tvärstångslåset: lagring av logiskt värde, återställning och invertering i tvärstångskretsar. Journal of Applied Physics 97: 034301.

Ljusare silikon
Mot effektivare optiska enheter

Sammanhang: Kisel är bra på att skjuta elektroner runt chips men mycket sämre än de flesta andra halvledare på att manipulera ljus. Denna brist har gjort att optiska kretsar, som överför information mer effektivt än elektriska kretsar, inte längre används. Kiselnanokristaller, några få kiselatomer täckta med ett oxidskikt, avger ljus mer effektivt än bulkkisel, men enheter som innehåller dem slits snabbt och är fortfarande för ineffektiva för de flesta applikationer. Nu har ett team som leds av Harry Atwater från Caltech förbättrat kiselets förmåga att avge ljus, vilket ger en boost till en industri som letar efter nya sätt att göra snabbare chips.

Metoder och resultat: I en konventionell lysdiod (LED) möter elektroner som färdas genom en halvledande kristall elektronhål – eller luckor som lämnas i kristallen av frånvarande elektroner – och förlorar energi, som sänds ut som ljus. Men detta tillvägagångssätt fungerar inte bra med kisel nanokristall-LED, där elektroner som rör sig mot hålen kan kollidera med atomer i kristallen och förskjuta dem, vilket försämrar prestanda.
Tidigare lysdioder av kisel använde separata elektroder för att injicera hål och elektroner i nanokristaller av kisel. Men Atwater och kollegor kom på hur man injicerade båda från en enda elektrod. I deras enhet sitter ett tunt lager av kiselnanokristaller ovanpå en elektrod som växlar mellan att lägga till elektroner och lägga till hål. Detta hindrar elektroner från att raketera våldsamt över kristallen och skada den. Dessutom, genom att eliminera en av ingångs- och utgångspunkterna för elektroner, har Caltech-gruppen gjort enheter som är lättare att tillverka och mer konsekventa i prestanda.

Varför det är viktigt: Den nya lysdioden kan byggas med standardutrustning som kan integreras i en chiptillverkningslinje. Dess prestanda är dock fortfarande tillräckligt låg för att begränsa användningen. För att förbättra bearbetningshastigheten för kiselchips skulle lysdioden behöva slås på och av snabbare; för att vara användbar i en skärm måste den förbruka mindre ström. Icke desto mindre har halvledarindustrin mycket praxis för att förbättra prestanda hos kiselchips. Problemen med hastighet och kraft kanske inte förblir olösta länge.

Källa: Walters, R. J., G. I. Bourianoff och H. A. Atwater. 2005. Fälteffekt elektroluminescens i kisel nanokristaller. Naturmaterial 4: 143-146.

Dölj