La deriva del reloj se refiere a varios fenómenos relacionados en los que un reloj no funciona exactamente al mismo ritmo que un reloj de referencia. Es decir, después de un tiempo el reloj "se aleja" o se desincroniza gradualmente del otro reloj. Todos los relojes están sujetos a desviaciones, lo que provoca una eventual divergencia a menos que se resincronicen. 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 explotarse mediante ataques sincronizados .
Los relojes cotidianos, como los de pulsera, tienen una precisión finita. Con el tiempo, requieren corrección para seguir siendo precisos. La tasa de deriva depende de la calidad del reloj, a veces de la estabilidad de la fuente de energía, la temperatura ambiente y otras variables ambientales sutiles. Por tanto, el mismo reloj puede tener diferentes velocidades de deriva en diferentes ocasiones.
Los relojes más avanzados y los relojes mecánicos antiguos suelen tener algún tipo de regulador de velocidad donde se puede ajustar la velocidad del reloj y así corregir la desviación del reloj. Por ejemplo, en los relojes de péndulo, la deriva del reloj se puede manipular cambiando ligeramente la longitud del péndulo .
Un oscilador de cuarzo está menos sujeto a la deriva debido 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 casi no tienen deriva. Incluso la tasa de rotación de la Tierra tiene más deriva y variación en la deriva que un reloj atómico debido a la aceleración de las mareas y otros efectos. El principio detrás del reloj atómico ha permitido a los científicos redefinir la unidad SI, el segundo, en términos de exactamente9 192 631 770 oscilaciones del átomo de cesio -133. La precisión de estas oscilaciones permite que los relojes atómicos se desvíen aproximadamente sólo 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 del Tiempo Atómico Internacional (TAI) y sus derivados (como el Tiempo Universal Coordinado (UTC)) se basan en promedios ponderados de los relojes atómicos de todo el mundo.
Como predijo Einstein , los efectos relativistas también pueden causar desvíos del reloj debido a la dilatación del tiempo . Esto se debe a que no existe un tiempo universal fijo, ya que el tiempo es relativo al observador. La relatividad especial describe cómo dos relojes sostenidos por observadores en diferentes marcos inerciales (es decir, que se mueven uno con respecto al otro pero sin acelerar ni desacelerar) le parecerán a cada observador funcionar a velocidades diferentes.
Además de esto, la relatividad general nos da una dilatación del tiempo gravitacional . Brevemente, un reloj en un campo gravitacional más fuerte (por ejemplo, más cerca de un planeta) parecerá funcionar más lentamente. Las personas que tienen estos relojes (es decir, aquellos dentro y fuera del campo más fuerte) estarían de acuerdo en qué relojes parecen ir más rápido.
Lo que se ve afectado es el tiempo en sí y no la función del reloj. Ambos efectos han sido observados experimentalmente. [ cita necesaria ]
La dilatación del tiempo es de importancia práctica. Por ejemplo, los relojes de los satélites GPS experimentan este efecto debido a la gravedad reducida que experimentan (haciendo que sus relojes parezcan funcionar más rápido que los de la Tierra) y, por lo tanto, deben incorporar cálculos corregidos relativistamente al informar ubicaciones a los usuarios. Si no se tuviera en cuenta la relatividad general, una corrección de navegación basada en los satélites GPS sería falsa después de sólo 2 minutos, y los errores en las posiciones globales seguirían acumulándose a un ritmo de unos 10 kilómetros cada día. [3]
Los programas informáticos suelen necesitar números aleatorios de alta calidad, especialmente para la 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 utilizar dos cristales de reloj independientes , uno que, por ejemplo, funcione 100 veces por segundo y otro que funcione 1 millón de veces por segundo. En promedio, el cristal más rápido hará tictac 10.000 veces por cada vez que lo haga el más lento. Pero como los cristales del reloj no son precisos, el número exacto de tics variará. Esa variación se puede utilizar para crear bits aleatorios. Por ejemplo, si el número de ticks rápidos es par, se elige un 0, y si el número de ticks es impar, se elige un 1. Por lo tanto, un circuito RNG de 100/1000000 puede producir 100 bits algo aleatorios por segundo. Normalmente, un sistema de este tipo está sesgado (por ejemplo, podría producir más ceros que unos), por lo que cientos de bits algo aleatorios se "blanquean" para producir unos pocos bits imparciales.
También existe una forma similar de crear una especie de "generador de software de números aleatorios". Esto implica comparar el tic del temporizador del sistema operativo (el tic que normalmente es de 100 a 1000 veces por segundo) y 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 más o menos igual que en el ejemplo anterior. Pero incluso si ambos usan el mismo cristal de reloj, el proceso /programa que realiza la medición de la deriva del reloj se ve "perturbado" por muchos eventos más o menos impredecibles en la CPU, como interrupciones y otros procesos y programas que se ejecutan al mismo tiempo. Por tanto, la medición seguirá produciendo números aleatorios bastante buenos.
La mayoría de los generadores de números aleatorios de hardware, como los descritos anteriormente, son bastante lentos. Por lo tanto, la mayoría de los programas solo los usan para crear una buena semilla que luego alimentan a un generador de números pseudoaleatorios o a 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 gran carga de CPU en un servidor seudónimo ( servicio oculto Tor ), lo que provoca un calentamiento de la CPU. El calentamiento de la CPU se correlaciona con la desviación del reloj, que se puede detectar observando las marcas de tiempo (bajo la identidad real del servidor).