انحراف الساعة

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يشير انحراف الساعة إلى عدة ظواهر مترابطة حيث لا تعمل الساعة بنفس سرعة الساعة المرجعية تمامًا. أي أنه بعد فترة من الزمن، "تنحرف" الساعة أو تفقد تزامنها تدريجيًا مع الساعة الأخرى. جميع الساعات عرضة للانحراف، مما يؤدي في النهاية إلى تباعدها ما لم تتم إعادة مزامنتها. على وجه الخصوص، يتطلب انحراف الساعات البلورية المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر آلية مزامنة لأي اتصال عالي السرعة. يمكن استغلال انحراف ساعة الكمبيوتر لبناء مولدات أرقام عشوائية ، إلا أنه يمكن استغلالها من خلال هجمات التوقيت .

في الساعات غير الذرية

تتمتع الساعات اليومية، مثل ساعات اليد، بدقة محدودة. وتحتاج في النهاية إلى تصحيح للحفاظ على دقتها. يعتمد معدل الانحراف على جودة الساعة، وأحيانًا على استقرار مصدر الطاقة، ودرجة الحرارة المحيطة، ومتغيرات بيئية أخرى دقيقة. لذا، قد تختلف معدلات انحراف الساعة نفسها في مناسبات مختلفة.

تحتوي الساعات الأكثر تطوراً والساعات الميكانيكية القديمة غالباً على نوع من مُعدِّل السرعة، حيث يُمكن ضبط سرعة الساعة وبالتالي تصحيح انحرافها. على سبيل المثال، في ساعات البندول، يُمكن التحكم في انحراف الساعة عن طريق تغيير طول البندول قليلاً .

يُعدّ مذبذب الكوارتز أقل عرضةً للانحراف الناتج عن اختلافات التصنيع مقارنةً بالبندول في الساعة الميكانيكية. ولذلك، فإنّ معظم ساعات الكوارتز اليومية لا تحتوي على خاصية تصحيح الانحراف القابلة للتعديل.

الساعات الذرية

تتميز الساعات الذرية بدقة متناهية، ويكاد ينعدم انحرافها. حتى معدل دوران الأرض نفسه يعاني من انحراف وتغير أكبر من الساعة الذرية، وذلك بسبب تسارع المد والجزر وعوامل أخرى. وقد مكّن المبدأ الذي تقوم عليه الساعة الذرية العلماء من إعادة تعريف الثانية، وهي وحدة النظام الدولي للوحدات، بدقة متناهية.9,192,631,770 ذبذبة لذرة السيزيوم -133. تسمح دقة هذه الذبذبات للساعات الذرية بالانحراف بمقدار ثانية واحدة تقريبًا كل مئة مليون سنة؛ واعتبارًا من عام 2015، فإن أدق ساعة ذرية تفقد ثانية واحدة كل 15 مليار سنة. [ 1 ] [ 2 ] يعتمد معيار التوقيت الذري الدولي (TAI) ومشتقاته، مثل التوقيت العالمي المنسق (UTC)، على المتوسطات المرجحة للساعات الذرية في جميع أنحاء العالم .

النسبية

كما تنبأ أينشتاين ، يمكن أن تتسبب التأثيرات النسبية أيضًا في انحراف الساعة نتيجة لتمدد الزمن . وذلك لأنه لا يوجد زمن مطلق ؛ فالزمن نسبي بالنسبة للمراقب. تصف النسبية الخاصة كيف أن ساعتين يحملهما مراقبان في إطارين مرجعيين قصوريين مختلفين (أي يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض دون تسارع أو تباطؤ) ستظهران لكل منهما بمعدلات مختلفة.

إضافةً إلى ذلك، تُقدّم لنا النسبية العامة ظاهرة تمدد الزمن بفعل الجاذبية . باختصار، تبدو الساعة الموجودة في مجال جاذبية أقوى (كأن تكون أقرب إلى كوكب) وكأنها تدق ببطء. ويتفق جميع من يحملون هذه الساعات (سواء داخل المجال الأقوى أو خارجه) على أي الساعات تبدو أسرع.

إن الزمن نفسه هو المتأثر وليس وظيفة الساعة. وقد لوحظ كلا التأثيرين تجريبياً.

يُعدّ تمدد الزمن ذا أهمية عملية. فعلى سبيل المثال، تتأثر ساعات الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بهذا التأثير نتيجة انخفاض الجاذبية التي تتعرض لها (مما يجعل ساعاتها تبدو أسرع من ساعات الأرض)، ولذلك يجب عليها تضمين حسابات مُصحّحة نسبيًا عند إرسال المواقع إلى المستخدمين. ولو لم تُؤخذ النسبية العامة في الحسبان، لأصبح تحديد الموقع باستخدام أقمار GPS خاطئًا بعد دقيقتين فقط، ولتراكمت أخطاء تحديد المواقع العالمية بمعدل 10 كيلومترات تقريبًا يوميًا. [ 3 ]

مولدات الأرقام العشوائية

غالباً ما تحتاج برامج الكمبيوتر إلى أرقام عشوائية عالية الجودة، وخاصة في مجال التشفير . [ 4 ] هناك عدة طرق مماثلة يمكن من خلالها استخدام انحراف الساعة لبناء مولدات الأرقام العشوائية (RNGs).

إحدى طرق بناء مولد أرقام عشوائية مادي هي استخدام بلورتين ساعيتين مستقلتين ، إحداهما تدق 100 مرة في الثانية، والأخرى تدق مليون مرة في الثانية. في المتوسط، تدق البلورة الأسرع 10000 مرة مقابل كل دقة للبلورة الأبطأ. ولكن نظرًا لعدم دقة البلورات الساعة، فإن عدد الدقات يختلف. يمكن استخدام هذا الاختلاف لإنشاء بتات عشوائية. على سبيل المثال، إذا كان عدد الدقات السريعة زوجيًا، يتم اختيار 0، وإذا كان فرديًا، يتم اختيار 1. وبالتالي، يمكن لدائرة مولد الأرقام العشوائية 100/1000000 إنتاج 100 بت عشوائية نوعًا ما في الثانية. عادةً ما يكون هذا النظام متحيزًا - فقد ينتج، على سبيل المثال، عددًا من الأصفار يفوق عدد الآحاد - ولذلك يتم "تبييض" مئات البتات العشوائية نوعًا ما لإنتاج عدد قليل من البتات غير المتحيزة.

توجد طريقة مشابهة لإنشاء نوع من "مولد الأرقام العشوائية البرمجي". تتضمن هذه الطريقة مقارنة نبضات مؤقت نظام التشغيل (والتي تتراوح عادةً بين 100 و1000 نبضة في الثانية) وسرعة وحدة المعالجة المركزية . إذا كان مؤقت نظام التشغيل ووحدة المعالجة المركزية يعملان على بلورتين ساعيتين مستقلتين، فإن الوضع مثالي ومماثل تقريبًا للمثال السابق. ولكن حتى لو استخدم كلاهما نفس البلورة الساعة، فإن العملية /البرنامج الذي يقيس انحراف الساعة يتأثر بالعديد من الأحداث غير المتوقعة في وحدة المعالجة المركزية، مثل المقاطعات والعمليات والبرامج الأخرى التي تعمل في الوقت نفسه. وبالتالي، سيظل القياس ينتج أرقامًا عشوائية جيدة نسبيًا.

معظم مولدات الأرقام العشوائية المادية، مثل تلك المذكورة أعلاه، بطيئة نسبياً. لذلك، تستخدمها معظم البرامج فقط لإنشاء بذرة جيدة تُغذى بها مولد أرقام عشوائية زائفة أو مولد أرقام عشوائية زائفة آمن تشفيرياً لإنتاج العديد من الأرقام العشوائية بسرعة.

هجوم التوقيت

في عام 2006، نُشرت دراسة [ 5 ] حول هجوم القناة الجانبية الذي يستغل اختلال التوقيت بناءً على ارتفاع درجة حرارة المعالج. يتسبب المهاجم في تحميل زائد على المعالج في خادم مجهول الهوية ( خدمة تور المخفية )، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. يرتبط ارتفاع درجة حرارة المعالج باختلال التوقيت، والذي يمكن رصده من خلال مراقبة الطوابع الزمنية (تحت هوية الخادم الحقيقية).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فينسنت، جيمس (22 أبريل 2015). "الساعة الأكثر دقة على الإطلاق لا تتأخر إلا ثانية واحدة كل 15 مليار سنة" . ذا فيرج . تاريخ الاطلاع: 17 سبتمبر 2016 .
  2. ↑ جيبني، إليزابيث (4 يونيو 2015). "الساعات الذرية فائقة الدقة تتنافس لإعادة تعريف الزمن" . مجلة نيتشر . 522 (7554): 16-17 . Bibcode : 2015Natur.522...16G . doi : 10.1038/522016a . PMID 26040875 . 
  3. ↑ بوج، ريتشارد دبليو؛ "النسبية في العالم الحقيقي: نظام الملاحة GPS" تم الوصول إليه في 30 يونيو 2012.
  4. ↑ أوماسون، جان فيليب (2017). التشفير الجاد . دار نشر نو ستارش . ص 24. ISBN  9781593278267.
  5. ↑ ستيفن ج. مردوخ. ساخن أم لا: الكشف عن الخدمات المخفية من خلال انحراف الساعة ، مؤتمر ACM CCS 2006. (ملف PDF)