Dal laboratorio: tecnologia dell'informazione

Uccidi i robot!
Il software contrasta gli hacker malintenzionati

Contesto: I programmi informatici dannosi noti come worm infettano più di 30.000 nuovi computer ogni giorno. All'insaputa dei loro proprietari, le macchine compromesse seguono gli ordini per inviare spam, ad esempio, o per accedere a determinati siti web. Se un numero sufficiente di queste cosiddette macchine zombie contatta contemporaneamente un particolare server Web, può metterlo fuori servizio. Gli hacker professionisti hanno sfruttato la minaccia di tali attacchi denial-of-service distribuiti per estorcere denaro alle aziende. L'anno scorso, il business manager di un'azienda è stato incriminato per aver pagato degli hacker per utilizzare gli zombi per abbattere i siti Web dei concorrenti. Gli zombi evitano le difese di un server Web mascherandosi da utenti legittimi e quindi bloccano l'accesso al server sovraccaricando non solo la larghezza di banda della rete, ma anche la CPU, la memoria, lo spazio su disco e le risorse del database. Ora, guidati da Dina Katabi, i ricercatori del MIT, della Princeton University e di Akamai Technologies hanno sviluppato Kill-Bots, un mezzo intelligente, semplice ed economico per distinguere gli amici dai nemici. A differenza di altri prodotti, alloca le risorse di sistema di un server solo dopo che un utente è stato confermato come legittimo.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2005

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Metodi e risultati: Kill-Bots, una modifica software al sistema operativo di un server, entra in funzione ogni volta che un sito Web rischia di essere sopraffatto dal traffico. Il software chiede ai richiedenti di risolvere un semplice puzzle grafico prima di concedere l'accesso alle risorse del server come lo spazio del buffer. Gli umani possono risolvere facilmente questi enigmi; gli zombi non possono farlo affatto. Gli indirizzi che richiedono ripetutamente l'accesso al sito senza risolvere il puzzle vengono automaticamente inseriti nella lista nera. Quando il carico sul server Web diminuisce, interrompe l'emissione di enigmi e accetta richieste da indirizzi non nella lista nera, quindi anche gli utenti reali che non hanno risolto l'enigma possono ottenere l'accesso.
Negli esperimenti, un server Web protetto da Kill-Bots ha subito cinque volte più colpi di un server Web non protetto. Non solo il server Web è rimasto online, ma i siti Web protetti hanno anche mantenuto tempi di risposta rapidi, anche durante l'apice dell'attacco.

Perchè importa: Si stanno diffondendo le preoccupazioni per gli attacchi denial-of-service distribuiti. La maggior parte delle difese del server Web utilizza procedure di autenticazione facilmente superate in astuzia e che dipendono da contenuto replicato, CPU multiple e larghezza di banda extra, tutte cose che costano denaro. I Kill-Bots sono molto più economici e possono essere facilmente schierati; non richiede modifiche ai browser Web degli utenti e funziona con il numero molto elevato di server Web che eseguono Linux. Sebbene Kill-Bots a volte classifichi erroneamente gli utenti legittimi come zombi, consente ai siti Web sotto attacco di rimanere disponibili e quindi promette di mantenere il Web aperto per gli affari, mentre sbarrano la strada a ladri e vandali.

Fonte: Kandula, S., et al. 2005. Botz-4-Sale: sopravvissuti ad attacchi DDoS organizzati che imitano folle flash. Documento presentato al 2nd Symposium on Networked Systems Design and Implementation. 2-4 maggio. Boston, MA.

Detronizzare il transistor
Un nuovo interruttore di logica molecolare

Contesto: I termini semiconduttore e computer si sono intrecciati; una migliore produzione di semiconduttori ha consentito il rilascio di chip con circuiti più piccoli e più veloci ogni anno. Ma in un decennio, la miniaturizzazione dei transistor al silicio potrebbe raggiungere limiti fisici che impediscono ulteriori miglioramenti. Così gli ingegneri di Hewlett-Packard hanno creato un dispositivo molecolare che potrebbe essere il cuore del computer del futuro.

Metodi e risultati: I circuiti proposti da Phil Kuekes e dai suoi colleghi HP si basano su una barra trasversale: una serie di fili metallici incrociati separati da un singolo strato di molecole. Come un transistor, una barra trasversale può essere commutata tra uno stato di conduzione alto e basso, consentendogli di memorizzare informazioni. Kuekes mostra come collegare le barre trasversali in modo che possano non solo memorizzare dati, ma anche ripristinare dati rumorosi e applicare un'operazione logica chiamata inversione, che scambia binario 0 s per uno sabbia uno s per 0 S. Le traverse possono essere collegate con altri componenti per generare l'intera famiglia di logiche necessarie per l'elaborazione. I ricercatori devono ancora combinare tutte queste capacità in un dispositivo informatico autonomo e non hanno ancora trovato un modo per creare giunzioni molecolari che cambino stato in modo rapido e affidabile per competere con i transistor al silicio. Tuttavia, hanno fornito la prima dimostrazione che le barre trasversali possono svolgere tutte le funzioni che i transistor possono svolgere.

Perchè importa: I ricercatori HP hanno aperto la strada verso un chip per computer senza transistor convenzionali. Il processo utilizzato per creare le loro traverse è poco costoso e in linea di principio potrebbe portare a elementi logici anche più piccoli di quelli costruiti dai transistor al silicio più avanzati, il che consentirebbe chip per computer più veloci ed efficienti. Ma anche se le prestazioni e l'affidabilità delle barre trasversali superano quelle dei transistor, potrebbero comunque non avere la forza per competere con l'industria dei semiconduttori. Le barre trasversali possono invece trovare le loro prime applicazioni altrove, ad esempio in dispositivi logici flessibili o display.

Fonte: Kuekes, P.J., D.R. Stewart e R.S. Williams. 2005. Il crossbar latch: memorizzazione, ripristino e inversione dei valori logici nei circuiti crossbar. Rivista di fisica applicata 97: 034301.

Silicio più brillante
Verso dispositivi ottici più efficienti

Contesto: Il silicio è bravo a spostare gli elettroni attorno ai chip, ma è molto peggio della maggior parte degli altri semiconduttori nel manipolare la luce. Questa lacuna ha impedito ai chip ottici, che trasmettono informazioni in modo più efficiente dei chip elettrici, di un uso più ampio. I nanocristalli di silicio, alcuni atomi di silicio ricoperti da uno strato di ossido, emettono luce in modo più efficiente del silicio sfuso, ma i dispositivi che li incorporano si consumano rapidamente e sono ancora troppo inefficienti per la maggior parte delle applicazioni. Ora, un team guidato da Harry Atwater di Caltech ha migliorato la capacità del silicio di emettere luce, dando una spinta a un'industria alla ricerca di nuovi modi per realizzare chip più veloci.

Metodi e risultati: In un convenzionale diodo a emissione di luce (LED), gli elettroni che viaggiano attraverso un cristallo semiconduttore incontrano buchi elettronici - o spazi lasciati nel cristallo da elettroni assenti - e perdono energia, che viene emessa sotto forma di luce. Ma questo approccio non funziona bene con i LED a nanocristalli di silicio, dove gli elettroni che si muovono verso i fori possono scontrarsi con gli atomi nel cristallo e spostarli, degradando le prestazioni.
I precedenti LED al silicio utilizzavano elettrodi separati per iniettare fori ed elettroni nei nanocristalli di silicio. Ma Atwater e colleghi hanno scoperto come iniettare entrambi da un singolo elettrodo. Nel loro dispositivo, un sottile strato di nanocristalli di silicio si trova sopra un elettrodo che alterna l'aggiunta di elettroni e l'aggiunta di buchi. Ciò impedisce agli elettroni di schizzare violentemente attraverso il cristallo e di danneggiarlo. Inoltre, eliminando uno dei punti di ingresso e di uscita degli elettroni, il gruppo Caltech ha realizzato dispositivi più facili da fabbricare e più coerenti nelle prestazioni.

Perchè importa: Il nuovo LED può essere costruito utilizzando apparecchiature standard che potrebbero essere integrate in una linea di produzione di chip. Le sue prestazioni, tuttavia, sono ancora abbastanza basse da limitarne l'utilizzo. Per migliorare la velocità di elaborazione dei chip di silicio, il LED dovrebbe accendersi e spegnersi più rapidamente; per essere utile in un display, dovrebbe consumare meno energia. Tuttavia, l'industria dei semiconduttori ha molta pratica nel migliorare le prestazioni dei chip di silicio. I problemi di velocità e potenza potrebbero non rimanere irrisolti a lungo.

Fonte: Walters, R. J., G. I. Bourianoff e H. A. Atwater. 2005. Elettroluminescenza ad effetto di campo in nanocristalli di silicio. Materiali della natura 4: 143-146.

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