A káoszelmélet szerint vannak olyan dinamikus rendszerek, melyeknek, annak ellenére, hogy determinisztikusak, vagyis bizonyos szabályszerűségek szerint működnek, mégsem lehet hosszú távon kiszámítani a viselkedésüket. Ez a látszólagos ellentmondás aközött, ami a külső rendezetlenség és a belső, de láthatatlan rend között van, azokból az apró eltérésekből alakul ki, amelyek lokális szinten vannak csak jelen, de a hatásuk kiterjed az egész egységre. Ez a pillangóhatás láncreakciója, amelynek neve összekapcsolódott ugyan a köztudatban a pillangókkal, de valójában több forrás összemosásával keletkezett. Eredetileg a kifejezés megalkotója, Edward Lorenz matematikus professzor a sirály metaforáját használta, mondván, hogy:

"Egy meteorológus szerint, ha a teória helyes, egy sirály szárnycsapása megváltoztathatja az időjárást örökre. Az ellentmondást még nem sikerült megoldani, de a legújabb bizonyítékok a sirályoknak kedveznek."

Maga a Lorenz-attraktor nevű gráf azonban egy pillangószárnyra hasonlít és, az MIT cikke szerint, a professzor is gyakran használta előadásaiban is a pillangó metaforáját (valamint korábban Ray Bradbury sci-fi író is megemlítette egyik regényében, hasonló kontextusban, vagyis a dolgok hosszú távú következményeire utalva). A kis változásoknak ez a mindenen elhatalmasodó és mindent meghatározó befolyása általában nemkívánatos jelenség, legalábbis olyan területeken, ahol a kontrollálható rendszerek létrehozása a cél. A számítógéptudomány pedig éppen ilyen terület.

A rendszerek stabilitása nagyon fontos a megfelelő működés szempontjából és egy kis hiba (amit glitch-nek is nevezhetünk) akár végzetes is lehet, amennyiben olyan szoftverben következik be, amely létfontosságú gépeket irányít. A glitch akkor alakul ki, amikor úgynevezett versenyhelyzet lép fel egy hálózatban, vagyis az azonos erőforrásokat használó folyamatok nem a megfelelő sorrendben következnek egymás után. Ez megváltoztatja a többi folyamat működését is, végül az egész rendszer instabillá válik. Ilyen szoftverhiba okozta a Therac-25 rákos betegek sugárkezelésére alkalmas gép hibáját is még a nyolcvanas években, ami szörnyű példája annak, hogy egy hibás számítógépes hálózat milyen következményekkel járhat.

Az automatikusan működő gép, bizonyos időközönként, rendkívüli módon túladagolta egy-egy páciens sugárdózisát, miközben a többinél kifogástalanul működött.

Előfordult, hogy az előírt 200 RAD helyett 20 000-et sugárzott, ami ezeknek a betegeknek a néhány héttel/hónappal későbbi halálához vezetett. Egy alkalommal az egyik páciens például a tojássütéshez hasonló sercegést hallott, majd később kiderült, hogy ez valójában az arcát és az agyát erő extrém mennyiségű sugárzás hangja volt. Ahogy arról az esetet kivizsgáló Nancy G. Levenson beszámolt, a Therac esetében a problémát valójában az okozta, hogy a régi modellekkel ellentétben, a 25-ös verzióban már nem építettek be hardveres biztonsági rendszert, amely időben leállíthatta volna a berendezést, amikor a szoftverhiba fellépett, de maga a kiinduló probléma a rendszerben fellépő versenyhelyzet volt.

A legújabb chipdizájnokban viszont éppen ezt a jelenséget aknázzák ki a mérnökök. Már a 2008-ban érkeztek arról hírek, hogy olyan RFDI chipekkel kísérleteznek a cégek, amelyek Fizikailag Klónozhatatlan Funkciókkal vagy Függvényekkel (Physically Unclonable Functions, PUF) működnek, ami azt jelenti, hogy az áramkör szilícium alapjának az apró, gyakran atomi szintű egyenletlenségeit kihasználva megjósolhatatlan, random számokat állítanak elő. A gyártás során keletkező miniatűr eltérések miatt minden egyes PUF saját mintával rendelkezik, amit az emberi ujjlenyomathoz lehet hasonlítani. Több ilyen klónozhatatlan egység összekapcsolásával bonyolult titkos kulcsokat lehet generálni.

"A PUF olyan, mint egy őrült hosszú jelszó, amit be kell írnod ahhoz, hogy bejuss a házadba, ami biztosítja, hogy csak a megbízható emberek férnek hozzá a házadhoz."

- magyarázza Kristopher Ardis biztonságtechnikai szakértő Fehér Könyvében.

Az Ohio Állami Egyetem mérnökei most egy olyan chipet hoztak létre, amely az eddigieknél is több Fizikailag Klónozhatatlan Funkcióból áll, ennek köszönhetően pedig még ellenállóbb a hackertámadásokkal szemben. A kutatók szerint az eddig használt PUF rendszereket kitartó munkával fel lehetett törni, mivel csak alacsony számú variációval rendelkeztek, így csak elég idő és számítási kapacitás kellett a megfejtésükhöz. Az új módszer viszont magát a káoszt hívja segítségül a működéséhez. A hálózatban található logikai kapukat (melyek az elektromos jeleket alakítják át) random módon kötötték össze, és ezzel determinisztikus káoszt hoztak létre a rendszerben. Ez felerősíti a pici egyenetlenségek hatását és végtelen hosszú, komplex minták létrehozását eredményezi. A kapott szám már túl bonyolult ahhoz, hogy bárki is feltörhesse.

"A mi rendszerünkben a káosz nagyon-nagyon jó dolog"

- mondta Daniel Gauthier a kutatás egyik résztvevője - "Nem szokványos módon használjuk a kapukat, hogy megbízhatatlan viselkedést idézzünk elő. De éppen ez az, amit akarunk. Kihasználjuk ezt a megbízhatatlanságot, hogy determinisztikus káoszt alkossunk."

A módszer hátránya, hogy amennyiben a káosz elhatalmasodik, a hitelesítés lehetetlenné válik, ezért egy ponton le kell állítani, valamint az ilyen módon felépített chipek érzékenyebbek a hőmérséklet emelkedésére. De a hackerek dolgát nagyon megnehezíti a rendszerben uralkodó rendszertelenség. A kutatók becslése szerint még egy igen szorgalmas kiberbűnöző sem boldogulna vele, mivel a mikrochip által előállított teljes szám megfejtéséhez 20 milliárd évre lenne szükség, ami hosszabb idő, mint amennyi az univerzum születése óta eltelt (ezt 13,77 milliárd évre becsülik a tudósok).

A technológiát a mérnökök szabadalmaztatják és minél hamarabb szeretnének a gyártásba is belekezdeni, de előtte még hátra van néhány kérdés megválaszolása és további tesztek elvégzése. "Tudjuk, hogy működik, de még mindig sok az elméleti kérdés." - mondta Noeloikeau Charlot az IEEE Spectrumnak - "Senki sem számolt ekkora entrópiával korábban."

(Fotó: Wikimedia Commons, Pixabay, Flickr/jennie_m)

További cikkek a témában:

Az IBM pici, 4 bites számítógépekben látja a mesterséges intelligencia jövőjét Hagyjuk meg a 64 bitet az embereknek, fejlesszünk egymillió qubites kvantumszámítógépeket a következő generációnak, a mesterséges intelligencia pedig érje be 4 bittel.
100 millió DNS = egymillió terabyte = molekuláris elektronikai chip a Roswelltől Az izgalmas nevű Roswell cég készített egy chipet ahol a bioaktivitás és az elektronika összeházasodnak, hogy nekünk még jobb legyen.
Még nincs vége az elmúlt évek legpusztítóbb hackertámadásának A Microsoft elnöke közölte: az oroszoknak tulajdonított akció negyven áldozatát azonosították eddig.