desfase del reloj

En ingeniería e informática , la deriva del reloj se refiere a varios fenómenos relacionados en los que un reloj no funciona exactamente a la misma velocidad que un reloj de referencia. Es decir, después de un tiempo, el reloj se desincroniza gradualmente con el otro. Todos los relojes están sujetos a la deriva, lo que provoca una divergencia a menos que se resincronizan. En particular, la deriva de los relojes de cristal utilizados en las computadoras requiere algún mecanismo de sincronización para cualquier comunicación de alta velocidad. La deriva del reloj de la computadora se puede utilizar para construir generadores de números aleatorios . Sin embargo, estos pueden ser explotados mediante ataques de temporización .

Los relojes cotidianos, como los de pulsera, tienen una precisión limitada. Con el tiempo, requieren corrección para mantener su exactitud. La tasa de desviación depende de la calidad del reloj, a veces de la estabilidad de la fuente de alimentación, la temperatura ambiente y otras variables ambientales sutiles. Por lo tanto, un mismo reloj puede presentar diferentes tasas de desviación en distintas ocasiones.

Los relojes más avanzados y los antiguos relojes mecánicos suelen tener algún tipo de regulador de velocidad que permite ajustar la velocidad del reloj y, por lo tanto, corregir la desviación. Por ejemplo, en los relojes de péndulo, la desviación se puede corregir modificando ligeramente la longitud del péndulo .

Un oscilador de cuarzo es menos propenso a la deriva debida a variaciones de fabricación que el péndulo de un reloj mecánico. Por lo tanto, la mayoría de los relojes de cuarzo de uso diario no tienen una corrección de deriva ajustable.

Los relojes atómicos son muy precisos y prácticamente no tienen deriva. Incluso la velocidad de rotación de la Tierra tiene mayor deriva y variación que un reloj atómico debido a la aceleración de las mareas y otros efectos. El principio en el que se basa el reloj atómico ha permitido a los científicos redefinir la unidad del SI, el segundo, en términos de precisión.9 192 631 770 oscilaciones del átomo de cesio -133. La precisión de estas oscilaciones permite que los relojes atómicos se desvíen aproximadamente solo un segundo cada cien millones de años; a partir de 2015, el reloj atómico más preciso pierde un segundo cada 15 mil millones de años. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El estándar de tiempo Tiempo Atómico Internacional (TAI) y sus derivados, como el Tiempo Universal Coordinado (UTC), se basan en promedios ponderados de relojes atómicos en todo el mundo.

Como predijo Einstein , los efectos relativistas también pueden provocar una desviación del reloj debido a la dilatación del tiempo . Esto se debe a que no existe un tiempo absoluto ; el tiempo es relativo al observador. La relatividad especial describe cómo dos relojes sostenidos por observadores en diferentes sistemas de referencia inerciales (es decir, que se mueven uno con respecto al otro, pero sin acelerar ni desacelerar) parecerán marcar el tiempo a ritmos diferentes para cada observador.

Además, la relatividad general nos proporciona la dilatación del tiempo gravitacional . En resumen, un reloj situado en un campo gravitacional más intenso (por ejemplo, más cerca de un planeta) parecerá marcar el tiempo más lentamente. Las personas que sostienen estos relojes (tanto las que se encuentran dentro como las que están fuera del campo gravitacional) coincidirían en cuál de ellos parece marcar el tiempo más rápido.

Lo que se ve afectado es el tiempo en sí mismo, más que el funcionamiento del reloj. Ambos efectos se han observado experimentalmente.

La dilatación del tiempo tiene una importancia práctica. Por ejemplo, los relojes de los satélites GPS experimentan este efecto debido a la gravedad reducida a la que están sometidos (lo que hace que parezcan funcionar más rápido que los terrestres) y, por lo tanto, deben incorporar cálculos corregidos relativísticamente al informar las ubicaciones a los usuarios. Si no se tuviera en cuenta la relatividad general, una posición de navegación basada en los satélites GPS sería errónea después de solo 2 minutos, y los errores en las posiciones globales seguirían acumulándose a un ritmo de unos 10 kilómetros por día. ^{[ 3 ]}

Los programas informáticos a menudo necesitan números aleatorios de alta calidad, especialmente para criptografía . ^{[ 4 ]} Hay varias formas similares en que se puede utilizar la deriva del reloj para construir generadores de números aleatorios (RNG).

Una forma de construir un generador de números aleatorios por hardware es usar dos cristales de reloj independientes , uno que, por ejemplo, emita 100 pulsos por segundo y otro que emita 1 millón de pulsos por segundo. En promedio, el cristal más rápido emitirá 10 000 pulsos por cada pulso del más lento. Sin embargo, dado que los cristales de reloj no son precisos, el número exacto de pulsos variará. Esta variación se puede usar para crear bits aleatorios. Por ejemplo, si el número de pulsos rápidos es par, se elige un 0, y si es impar, se elige un 1. Así, un circuito generador de números aleatorios de 100/1 000 000 puede producir 100 bits aleatorios por segundo. Normalmente, este sistema está sesgado (por ejemplo, podría producir más ceros que unos), por lo que cientos de bits aleatorios se "blanquean" para producir unos pocos bits no sesgados.

También existe una forma similar de crear un generador de números aleatorios por software. Esto implica comparar la frecuencia del temporizador del sistema operativo (que suele ser de 100 a 1000 veces por segundo) con la velocidad de la CPU . Si el temporizador del sistema operativo y la CPU funcionan con dos cristales de reloj independientes, la situación es ideal y prácticamente idéntica al ejemplo anterior. Sin embargo, incluso si ambos utilizan el mismo cristal de reloj, el proceso o programa que realiza la medición de la deriva del reloj se ve afectado por numerosos eventos impredecibles en la CPU, como interrupciones y otros procesos y programas que se ejecutan simultáneamente. Por lo tanto, la medición seguirá generando números aleatorios bastante precisos.

La mayoría de los generadores de números aleatorios por hardware, como los descritos anteriormente, son bastante lentos. Por lo tanto, la mayoría de los programas solo los utilizan para crear una buena semilla que luego introducen en un generador de números pseudoaleatorios o en un generador de números pseudoaleatorios criptográficamente seguro para producir muchos números aleatorios rápidamente.

En 2006, se publicó un ataque de canal lateral ^{[ 5 ]} que explotaba la desviación del reloj basada en el calentamiento de la CPU. El atacante provoca una carga elevada de la CPU en un servidor seudónimo ( servicio oculto de Tor ), lo que causa el calentamiento de la CPU. El calentamiento de la CPU está correlacionado con la desviación del reloj, que puede detectarse observando las marcas de tiempo (bajo la identidad real del servidor).

• Deslizamiento de bit
• Desviación del reloj
• Efectos de la relatividad en el GPS
• Bloqueo por inyección
• Ley de Segal