گوگل از جان اینترنت چه می‌خواهد؟

طبق این گزارش که با پیگیری های بعدی به تأیید کارشناسان رایانه رسید شرکت گوگل در راستای ارتقای موتور محاسبه خود (Google Compute Engine) اقدام به کارگیری بیش از ۷۰۰,۰۰۰ هسته پردازش کننده (معادل حدود ۹۰,۰۰۰ ماشین مجازی) کرده است. این پردازش گرها در نقاط مختلفی از جهان مستقر و در حال آزمایش و به کارگیری هستند.

این گزارش در ادامه می افزاید گوگل به عنوان اولین مانور عملیاتی ماشین محاسبه اش اقدام به پیاده سازی پروژه موسسه زیست شناسی ساختارها (ISB – Institute for Systems Biology) بر روی ۱۰,۰۰۰ هسته پردازش دهنده کرد. در مرحله بعدی این تعداد به ۶۰۰,۰۰۰ هسته افزایش یافت که یک آزمایش تمام عیار از توانایی های این سیستم محاسبه گر بود. آنها از نمونه سرویس جدید در راستای تحقیقات درباره ژنی بهره گرفتند که محققان را برای یافتن راههای احتمالی درمان سرطان یاری می‌رساند. شرکت گوگل با اشاره به معیارهای محاسبات کنونی خاطرنشان ساخت که تحقیقات درباره برنامه کاربردی جستجوگر ژن حدوداً ۱۰ دقیقه به طول می‌انجامد تا جفت قرینه را پیدا کند. در هنگام رونمایی از این سرویس جدید، مدیران شرکت همان برنامه کاربردی را به نمایش گذاشتند که به وسیله ۱۰۰۰۰ هسته پردازش موتور جستجوگر گوگل به اجرا در می‌آید. این سرویس امکان ساخت جفت قرینه را ظرف چند ثانیه فراهم می‌سازد.

این موتور پتانسیل محاسبات پیچیده در پروژه‌های تحقیقاتی را نیز به رخ می‌کشد. اگرچه جستجوی جفت قرینه در یک ثانیه برای گوگل کاملاً خوب نبود اما آنها دستگاهی را در معرض دید عموم قرار دادند که نشان می‌داد بیش از ۷۰۰۰۰۰ هسته پردازش در موتور محاسبات وجود دارد. ضمن اینکه، آنها ۶۰۰۰۰۰ هسته پردازش را به همان برنامه کاربردی جستجوگر ژن اختصاص دادند. این موتور با کمک این هسته‌های پردازش می‌توانست به طور ثابت چندین جفت قرینه را پیدا کند.

موتور محاسبات پتانسیل اجرای همین بازی را در محاسبات پیچیده و سنگین نیز دارد. در حال حاضر،‌ از این موتور فقط برای کاربردهای شخصی یا تجاری محدود استفاده می‌شود. با استفاده از این سرویس جدید می‌توان از محاسبات گسترده در انجام تحقیقات و سایر پروژه‌های بزرگ فراتر از محدودیت‌های قبلی استفاده کرد.

همچنین سایت خبری توسعه دهندگان گوگل با توضیحاتی بیشتر در مورد نحوه عمل این سیستم به نقاط قوت و ضعف این سیستم اشاره کوتاهی می کند. به عنوان مثال برای انجام این محاسبات تعداد زیادی محاسبه بدون رابطه با یکدیگر انجام پذیرفت که این اثر فاصله فیزیکی هسته ها و نقش سرعت دسترسی شبکه را کاهش می دهد. اما توانایی محاسبه حدود ۳۰,۰۰۰ هدف با حدود ۲۰ انتخاب در هر یک کاری است که برای مؤسسه زیست شناسی ساختارها با ابرپردازنده ای دارای ۱,۰۰۰ هسته بیش از ۱۵ ساعت به طول می انجامد. کاری که گوگل با به کار گیری ۶۰۰,۰۰۰ هسته توانست در چند ثانیه به انجام رساند.

موتور جستجوگر گوگل در کنار سایر اعضای خانواده گوگل همانند Gmail, Youtube, Translate, Maps, Document و اخیرا GooglePlus در راستای زیر نظر گرفتن تمامی اعمال کاربران بر روی اینترنت تلاش می کنند. در کنار اینها نرم افزار مخفی از نظر “گوگل آنالیتیکس” به صورت مخفیانه از بازدیدهای افراد از سایت های مختلف روی اینترنت گزارش های مفصلی تهیه کرده و به مرکز جمع آوری داده گوگل ارسال می کند.

چندی پیش خبر شکستن قفل شبکه های بی‌سیم خانگی به وسیله ماشین های نقشه برداری گوگل (Google Earth) منتشر شد.

شبکه اینترنت از اتصال مجموعه ای از جزایر شبکه ای (اینترانت) به یکدیگر با محوریت مرکز خدمات رایانه ای وزارت دفاع امریکا (آرپا) در سراسر جهان ریشه دوانیده است. از آنجا که شبکه اینترنت به صورت یک پهنه ارتباطی دیجیتال به سهولت قابل نفوذ است، نگهداری و انتقال داده برای ماشین های متصل به این شبکه نیازمند استفاده از روش های مختلف رمزگذاری و حفاظتی است. این روش ها معمولا به دو صورت پارازیت (Hashing) و مخفی سازی (Encryption) صورت می پذیرد.

برای این منظور الگوریتم های مختلف رمزگذاری با بالا بردن تعداد انتخاب های لازم برای پیدا کردن مطلب پنهان شده از عدم توانایی دیگران برای به انجام رسانیدن تعداد لازم محاسبه برای بررسی کلیه انتخاب ها بهره می برند.

در گذشته الگوریتم های مانند DSA, SHA, CRYPT, … به همراه نوعی اضافه‌گری (Salting) به عنوان روش های مطلوبی برای محافظت از داده ها پذیرفته شده بود.

اخیرا و پس از تولید استاندارد CUDA به وسیله شرکت NVIDA امکان آن پیدا شده است که با استفاده از تعدادی پردازشگر گرافیکی ابررایانه های خانگی با قدرت های معادل ده ها ترا فلاپ ( هر ترا فلاپ معادل ۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ محاسبه عددی در دقیقه است) با قیمت ارزانی فراهم شود. این ماشین ها هم اکنون بر روی اینترنت هم قابل دسترسی بوده و با هزینه چند هزار دلار آمریکا یک نفر می تواند چنین ماشینی را برای چند هفته در اختیار گرفته و در عرض یک ثانیه بیش از ۷۰۰,۰۰۰,۰۰۰ انتخاب رمز را بررسی کند.

لذا متخصصین به روش هایی جدیدتر روی آورده اند که با بالا بردن تعداد بیت های استفاده شده و متغیرهای تصادفی حتی المقدور زمان شکسته شدن رمز خود را از چند ثانیه به چند سال ترقی دهند. کاری که روز به روز سخت تر می شود. از این دست الگوریتم ها می توان به bcrypt و scrypt اشاره کرد که در ماه های اخیر توجه زیادی به آنها صورت پذیرفته است.

همچنین برای مخفی سازی از استاندارد هایی مانند RSA, RSA2 بهره گیری می شد که در حال حاضر کلیه ارتباطات معمول بر روی وب که هدف امن سازی دارند با استفاده از پروتوکل HTTPS و SSL که از RSA2 بهره می برند صورت می گیرد. حداکثر مقدار انتخاب استفاده شده در حال حاضر در این مسیر ۱۰۲۴ بیت است ولی معمولا بر روی سایت ها از مقادیری کمتر مانند ۲۵۶ بیت استفاده می شود.

هرچند توضیح دقیق نحوه عملکرد RSA2 از حوصله این نوشته خارج است، صرفا برای تقریب نظر خواننده به به شرح مختصری در این مورد بسنده می کنیم:

در این روش دو عدد اول بین ۲ و ۲ به توان ۱۰۲۴ (یا هر تعداد بیت به کار گرفته شده در رمزگذاری) به صورت تصادفی ابتدا پیدا می شود. سپس با طی یک سری محاسبات ریاضی دو نوع کلید تولید می شود. یکی کلید خصوصی که حاوی یک جدول رمز بر پایه این دو عدد اول است و دیگری یک کلید عمومی که بر اساس دو عدد حاصل از کسر ۱ از این دو عدد اول حاصل و تولید می شود. کلید خصوصی در اختیار فرستنده و کلید عمومی در اختیار دریافت کننده قرار می گیرد. زمانی که گیرنده یک مطلب را از فرستنده دریافت می کند با استفاده از کلید عمومی اقدام به رمزگشایی از مطلب فرستاده شده می کند.

به عنوان مثال زمانی که شما به یک وب‌سایت مراجعه می کنید که از این استاندارد استفاده می کند شما در صورت نداشتن کلید عمومی آن می بایست آن را بارگذاری کنید. در اینجا اگر دقت کنید متوجه می شوید که این کلیدها حاوی امضاهایی است که به وسیله شرکت های معتبر برای تولیدکنندگان نرم افزارهای نمایش دهنده وب (Web Browsers) مانند Verisign, Digitcert, … صورت پذیرفته اند. خود این امضاها هم در واقع نوعی رمزگذاری بر پایه همان استاندارد است که فایل های مربوط به کلید عمومی ایشان هنگان نصب نرم افزار نمایش دهنده وب بر روی رایانه شما نصب می شود.

علی رغم بالا بودن تعداد محاسبات لازم برای شکستن چنین روش رمزگذاری‌ای، با پیشرفت ماشین های محاسبه گر قدرت این روش رمزگذاری روز به روز کمتر شده و با به کارگیری ماشین محاسبه جدید گوگل در صورت واقعیت می توان حتی رمزگذاری بیش از ۲۰۴۸ بیت را ظرف مدت چند ثانیه شکست. این به معنای تسلط کامل گوگل بر کلیه مخابرات صورت گرفته بر روی اینترنت است.

اما قبل از پذیرفتن بدون چون و چرای توانایی های گوگل می بایست بررسی کنیم که این توانایی واقعا در چه حد است.

از نظر ساختاری هرچند به صورت نظری افزایش تعداد ماشین های مجازی در کنار یکدیگر ممکن است اما اجرای آن نیازمند زیرساخت های به خصوصی است. در این رابطه مهمترین مسئله بعد از فاصله فیزیکی آنها، مسئله پهنای باند و سرعت انتقال داده بر روی شبکه متصل کننده ماشین های فیزیکی است که این ماشین های مجازی را میزبانی می کنند.

شبکه های رایانه ای امروزه با سرعت حداکثری ۴ گیگابیت بر ثانیه به عنوان اولین گلوگاه حساس ارتباطی مابین ماشین های فیزیکی خودنمایی می کنند. سخت افزار و خود طول مسیر ارتباطی ما بین ماشین ها هم خود تأثیر تأخیر آمیز در ارتباط دارد. به عنوان مثال تأخیری در حدود حتی چند میلی ثانیه برای یک سیستم به معنای پایین آوردن تعداد پردازش های مبتنی بر آن به چند صد پردازش در ثانیه است.

نکته بعدی اتوبوس جلویی (Front Bus) مورد استفاده بر روی ماشین های فیزیکی است که معمولا ۶ گیگابیت بر ثانیه پهنا و حدود ۲ گیگا هرتز فرکانس دارد. این در صورت تقسیم بر روی حداقل ۸ هسته به معنای رسیدن فقط ۲۵۶ مگاهرتز و کمتر از یک گیگابیت پهنای باند داده به هر هسته دارد. در صورتی که معمولا بر روی یک لبه (Blade) بیش از ۲ پردازش گر؛ یعنی حداقل ۱۶ هسته مستقر است.

هرچه پهنه و گستره ماشین های فیزیکی بیشتر شود مدیریت پهنای باند سخت تر شده و ترافیک داده بالا رفته و همچنین ارتباطات بین هسته ها محدودتر می شود. لذا همان‌گونه که متخصصین خود گوگل اشاره کردند موفقیت آنها در آزمایششان بر روی ژنوم سرطان وابسته به حداقل رسانی نیاز به ارتباط بین هسته ها در حین اجرای عملیات های موازی بود.

لذا اگر زمانی گوگل بخواهد از این تعداد هسته (چند صد هزار) برای شکستن رمزهای اینترنت استفاده کند حداقل نیاز به یافتن یک الگوریتم ویژه شکستن و مدیریت داده به صورت هوش مصنوعی است که در حال حاضر به صورت کامل وجود ندارد. اما به صورت کمتر و در تعداد کمتر (چند ده هزار) می توان پیش بینی کرد که این ماشین بتواند از توانایی هسته های خود برای شکستن بخش قابل توجهی از رمزها، ارتباطات و رمز عبورهای کاربران استفاده کند.