Werken aan de evolutie van het internet

Je staat er waarschijnlijk niet bij stil, maar ons internet staat onder grote druk. Dit netwerk van netwerken wordt steeds complexer, tot op het onwerkbare af. Menselijke configuratiefouten zorgen steeds vaker voor grote storingen op het internet. Veel vaker dan hackers, bijvoorbeeld. En dan is er ook nog eens de druk van klimaatverandering, en de extreme weersituaties die daarmee gepaard gaan en netwerken kunnen beschadigen. Met andere woorden: het internet moet flexibeler én robuuster worden. Volgens Fernando Kuipers, hoogleraar Internet Science, ligt een deel van de oplossing in een zelfregulerend internet, waarin kunstmatige intelligentie (AI) de configuratie en evolutie van het netwerk bepaalt. 

Een ongrijpbaar netwerk van netwerken

‘Niemand weet precies hoe het internet er uitziet’ stelt Kuipers. Allereerst, bestaat het internet uit vele, onafhankelijke netwerken die elk hun eigenaar hebben, en die de details van hun netwerk vaak niet prijsgeven. En daar komt nog eens de fysieke complexiteit bij: de kabels, in de grond én in huizen en kantoorgebouwen, die via knooppunten verbonden worden. Zulke knooppunten kunnen gigantische ‘internet exchanges’ zijn, zoals er één in Amsterdam ligt en die netwerken van providers als KPN en Google met elkaar verbindt, of heel simpel de router bij je thuis. Zo ontstaat er een wirwar van verbindingen en netwerken. Een beetje zoals ons wegennet. En net zoals je daarvoor misschien navigatiehulpmiddel nodig hebt (zoals een TomTom), moet ook het verkeer over het internet begeleid worden. Dat is wat men ‘routeren’ noemt, iets dat wordt mogelijk gemaakt door een samenspel van allerlei protocollen.

Een complexe wirwar dus, die bovendien continu in ontwikkeling is en onverminderd doorgroeit. En die groei wordt versneld door de ontwikkeling van het ‘Internet of Things’, waarbij, naast onze smartphones en laptops, ook allerhande randapparaten worden verbonden met het internet. “Een veel gebruikt voorbeeld is de slimme koelkast die automatisch die boodschappen bestelt die bijna op zijn. Maar het kunnen ook hele kleine apparaten of sensoren zijn, met weinig energie of rekenkracht. Dat levert veel extra vraagstukken op wat betreft netwerkconfiguratie.” Deze kleine apparaten staan bovendien niet bekend om hun sterke beveiliging. De productiemarges zijn vaak klein, en daardoor wordt er vaak niet de benodigde moeite gestoken in veilige robuuste software. “Hier rijst de vraag: hoe kunnen we ervoor zorgen dat deze apparaten, en de netwerken waarvan ze gebruik maken, efficiënter én veiliger worden geconfigureerd,” voegt Kuipers toe.

Niemand weet precies hoe het internet er uitziet

Kuipers initieerde onder andere het Delft on Internet of Things (Do IoT) fieldlab van de TU Delft. Een samenwerking waarin wetenschappers, ondernemers, en overheidsinstanties samen innoveren op het gebied van IoT. “We bieden bedrijven een veilige en geavanceerde omgeving waarin zij hun ideeën en prototypes kunnen testen en verbeteren. Op dit moment werken we bijvoorbeeld aan toepassingen van 5G in autonoom vervoer en de zorg.” En op de lange termijn? “De ambitie is om een open-source zelfregulerend 6G-netwerk – de opvolger van 5G – te ontwikkelen waarin AI een grote rol zal spelen.” Lees hier meer over het Do IoT fieldlab.

Internet-onderhoud is koorddansen

Al die innovaties brengen dus grote uitdagingen met zich mee. Hoe gaan we er bijvoorbeeld voor zorgen dat er geen wirwar van protocollen ontstaat, waardoor de samenstelling van het internet nóg ondoorgrondelijker wordt? “Die uitdaging kun je op een aantal niveaus bekijken”, vervolgt Kuipers. “Ten eerste kan de wetenschap tools ontwikkelen die operators helpen bij het vinden van optimale configuraties en parameters. Dat werkt niet alleen efficiënt – er kan dan ook gecentraliseerde kennis ontstaan van foutcodes, waardoor die snel verholpen kunnen worden. Neem bijvoorbeeld de complete uitval van Facebook op 4 oktober 2021, ontstaan door een configuratiefout. Dat soort fouten willen we voorkomen.” Maar natuurlijk gaat Kuipers liever verder dan dat. “Ook de software zelf verdient aandacht. Je kan die wel optimaal willen instellen, maar in de praktijk zie je dat je maximaal de helft van de features nodig hebt voor een goed opererende router. De rest is overbodig, en zelfs een risico. Met andere woorden, flexibiliteit in de software is enorm belangrijk. We moeten niet langer gebonden zijn aan grote, logge programma’s, maar toe naar een internet waarin elke router precies de software draait die het nodig heeft. En met de recente opkomst van programmeerbare netwerken is dat nu mogelijk.”

Veel configuratiesoftware is overbodig, en zelfs een risico

Er is slechts één probleem: het internet blijkt al in precaire balans te zijn. Onderzoek toont aan dat slechts een klein percentage van de internetstoringen door hackers komt, veruit het grootste aandeel ontstaat door configuratiefouten en hardware-storingen. Is het daarom wel verstandig om ‘op de levende patiënt’ te opereren? En zo ja, hoe kun je daarbij onnodige risico’s vermijden? “Dat zijn lastige vragen”, erkent Kuipers, “maar we kunnen niet anders dan die richting op gaan. Daarom werken we aan gereedschappen en gestandaardiseerde processen waarmee we het internet veilig kunnen aanpassen.” Een snelle blik op de cijfers toont aan dat het voorkomen van internetstoringen een waardevolle ambitie is. Er wordt geschat dat een storing van het Nederlandse netwerk al gauw 15 miljoen euro per uur kan kosten. En die storing van Facebook? Die kostte het bedrijf miljarden dollars in beurswaarde.

Genetic programming en de kracht van AI

Eén van de meest beloftevolle technologieën om het internet robuuster en weerbaarder te maken, is AI. Sterker nog, het is Kuipers’ ambitie om een compleet zelfregulerende netwerk te ontwikkelen. Een netwerk dat zichzelf bestuurt en aanpassingen maakt op basis van veranderend gebruik, nieuwe technieken of plotselinge opstoppingen. “We hebben nu het eerste ‘proof of concept’ van zo’n zelfregulerend netwerk. Daarbij maken we gebruik van ‘genetic programming’. Net als bij een biologisch proces ontstaan daarin continu kleine variaties in de programmering van het netwerk. Als het algoritme merkt dat die gunstig uitpakken, dan wordt daar op geselecteerd. Uiteindelijk voegen we ook twee veelbelovende codes samen. Het resultaat is een netwerk dat precies doet wat je vraagt.”

Net als in de natuur ontstaan er continu kleine variaties in de programmering – daar selecteren we op

“Maar laat ik daarbij één ding zeggen voordat ik verder ga: dit soort technieken worden geen ‘black box’. Een integraal onderdeel van het zelfregulerende netwerk is een zelfrapporterende component: operators moeten op elk moment informatie kunnen opvragen over de status en voortgang van de netwerkconfiguratie en -software. Zo houd je controle.” Kuipers is nu bezig om een ‘user interface’ te maken, zodat het zelfregulerende programma bruikbaar wordt in een realistische setting. Ook hierbij wordt zeer vooruitstrevend gedacht: de operator zou middels een dialoog met de AI het netwerk reguleren, in plaats van een ouderwets configuratiescherm. “Waar we naartoe willen is een soort Alexa of Siri, waarmee je echt in gesprek kan. Het afstellen van een netwerk is zo precies, dat de feedback van de AI bij al je keuzes van grote toegevoegde waarde is.” Bijvoorbeeld: de operator doet een suggestie voor de doorontwikkeling van een netwerk, maar die blijkt niet specifiek genoeg te zijn. “Dan stelt de AI vragen: ‘Goh, operator, wat bedoel je precies als je X of Y zegt?’ Natuurlijk niet letterlijk in zulke spreektaal, maar wel zo begrijpbaar mogelijk.”

Een transparant internet

Kuipers heeft een duidelijke stip op de horizon: een veilig en transparant internet. Een internet waarvan de gebruikers altijd kunnen zien hoe hun verkeer loopt en daar ook controle over hebben. Nu heeft de eindgebruiker bijvoorbeeld nauwelijks de middelen om te achterhalen of zijn/haar internetverkeer via landen of providers loopt die zich niet conformeren aan de waarden en normen van die gebruiker. “Terwijl daar op grond van privacy best wat van te vinden valt”, aldus Kuipers. “Een van de grote voordelen van zelfregulerende, zelfprogrammerende en zelfrapporterende netwerken is dat je duidelijk beeld krijgt van wat er achter de schermen gebeurt – en dat je dat ook meteen zou kunnen bijsturen. Misschien stellen we in de toekomst wel allemaal ons eigen internetprofiel in, waarbij je voorkeuren doorgeeft over hoe je het internet wenst te gebruiken. Bijvoorbeeld dat je eist dat al je verkeer moet lopen via operators die aan bepaalde veiligheidseisen voldoen. Of misschien zelfs via operators die aan bepaalde duurzaamheidseisen voldoen? In het kort: meer transparantie en controle over de afhandeling van wat uiteindelijk je eigen data is.”

Want uiteindelijk, erkent Kuipers, blijft het internet voor de gemiddelde gebruiker een black box. “Zelfs in het zelfregulerende internet blijft de realiteit ontzettend complex. Maar de voordelen zijn duidelijk: veel minder storingen en veel meer controle en transparantie. Daar heeft ook de gemiddelde gebruiker profijt van, of die het nou merkt of niet.”

/* */