Στις ομοσπονδιακές εκλογές της 18ης Μαΐου 2003 στο Σααρμπέκ, δήμο της περιφέρειας των Βρυξελλών, οι εκλογικοί υπάλληλοι πρόσεξαν κάτι παράλογο. Ένα μικρό κόμμα, το MARIA, είχε συγκεντρώσει περισσότερους σταυρούς προτίμησης για τους υποψηφίους του απ’ όσες ψήφους είχε πάρει ο ίδιος ο συνδυασμός. Στο βελγικό σύστημα αυτό είναι αδύνατο. Η διαφορά ήταν ακριβώς 4.096 ψήφοι.
Ο αριθμός δεν ήταν τυχαίος. Το 4.096 είναι δύναμη του δύο, 2 στη δωδέκατη. Στη γλώσσα του υπολογιστή, αυτό σημαίνει ότι ένα και μόνο ψηφίο στη μνήμη του ηλεκτρονικού συστήματος καταμέτρησης άλλαξε από 0 σε 1. Η επίσημη εξήγηση που δόθηκε μιλούσε για «αυθόρμητη δημιουργία ενός bit» στη δέκατη τρίτη θέση της μνήμης του υπολογιστή. Το λάθος διορθώθηκε, και αν δεν είχε δημιουργήσει ένα μαθηματικά αδύνατο αποτέλεσμα, πιθανότατα δεν θα είχε εντοπιστεί ποτέ.
Τι είναι το «bit flip»
Η μνήμη ενός υπολογιστή αποθηκεύει τα πάντα ως δισεκατομμύρια μικροσκοπικά ηλεκτρικά φορτία, που αντιστοιχούν στο 0 ή στο 1. Αν ένα φορτίο αλλάξει χωρίς να το ζητήσει το πρόγραμμα, ο αριθμός, η εντολή ή το αρχείο που το περιέχει αλλοιώνεται. Το φαινόμενο λέγεται bit flip, και η αιτία μπορεί να είναι ένα ελαττωματικό τσιπ, ηλεκτρικός θόρυβος ή υπερθέρμανση.
Υπάρχει όμως και μια πιο απρόσμενη αιτία: η κοσμική ακτινοβολία. Σωματίδια υψηλής ενέργειας από το Διάστημα συγκρούονται με την ατμόσφαιρα και δημιουργούν καταιγισμούς δευτερογενών σωματιδίων, κυρίως νετρονίων, που φτάνουν ως το έδαφος. Όταν ένα τέτοιο σωματίδιο χτυπήσει στο κατάλληλο σημείο ενός τσιπ μνήμης, μπορεί να αλλάξει το φορτίο ενός bit. Οι μηχανικοί το ονομάζουν single-event upset.
Για το Σααρμπέκ, η κοσμική ακτινοβολία είναι η πιο διαδεδομένη εξήγηση, αλλά δεν αποδείχθηκε ποτέ. Το βέβαιο είναι ότι ένα bit άλλαξε. Το γιατί παραμένει πιθανή υπόθεση.
Πόσο συχνά συμβαίνει
Περισσότερο απ’ όσο νόμιζαν οι μηχανικοί. Μια μεγάλη μελέτη της Google, που δημοσιεύτηκε το 2009 και κάλυψε τους διακομιστές της επί δυόμισι χρόνια, διαπίστωσε ότι πάνω από 8% των modules μνήμης παρουσίαζαν σφάλματα μέσα σε έναν χρόνο, με συχνότητα πολύ μεγαλύτερη από αυτή που προέβλεπαν οι εργαστηριακές δοκιμές.
Η ίδια μελέτη όμως έδειξε ότι τα περισσότερα σφάλματα οφείλονταν σε φθορές του υλικού και όχι σε τυχαία γεγονότα, όπως η κοσμική ακτινοβολία. Ο κίνδυνος είναι πραγματικός, απλώς όχι πάντα εξωγήινος.
Πώς προστατεύονται τα κρίσιμα συστήματα
Η βασική άμυνα λέγεται ECC (Error-Correcting Code): μνήμη που αποθηκεύει μερικά επιπλέον bit ελέγχου και μπορεί να εντοπίσει και να διορθώσει ένα αλλοιωμένο ψηφίο πριν προκαλέσει ζημιά. Τη χρησιμοποιούν σχεδόν όλοι οι διακομιστές, τα συστήματα αεροσκαφών και οι δορυφόροι, που δέχονται πολύ ισχυρότερη ακτινοβολία στο Διάστημα.
Τα συστήματα υψηλού κινδύνου συχνά τρέχουν τον ίδιο υπολογισμό σε πολλούς υπολογιστές ταυτόχρονα και κρατούν το αποτέλεσμα της πλειοψηφίας.
Οι περισσότεροι οικιακοί υπολογιστές και τα κινητά δεν έχουν μνήμη ECC. Ένα περιστασιακό, ανεξήγητο «κόλλημα» στο laptop σπάνια οφείλεται στον κόσμο των άστρων.
Η ιστορία του Σααρμπέκ όμως έγινε κλασικό παράδειγμα στα μαθήματα πληροφορικής για έναν λόγο: δείχνει ότι κάθε σύστημα που μετρά κάτι σημαντικό, από ψήφους μέχρι χρήματα, χρειάζεται τρόπο να ελέγχει τον εαυτό του.