Dari mana komputer saya mendapatkan waktu?

 (dotat.at)
5 poin oleh GN⁺ 2023-10-06 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Waktu komputer biasanya dimulai dari NTP, tetapi di belakangnya ada rantai pasokan panjang yang berlanjut ke jam referensi, GPS, Observatorium Angkatan Laut AS, dan standar waktu internasional
  • Server NTP stratum 1 menggunakan sinyal radio seperti MSF dan DCF77 atau penerima GPS sebagai jam referensi, dan dalam praktiknya GPS menjadi sumber yang umum
  • Waktu GPS terhubung ke Schriever Space Force Base di Colorado, Alternate Master Clock milik US Naval Observatory, lalu ke US Naval Observatory di Washington DC
  • UTC adalah standar untuk menyelaraskan waktu jam atom dengan rotasi Bumi, dan Bulletin C dari IERS serta Circular T dari BIPM mengelola detik kabisat dan selisih terhadap UTC resmi
  • Definisi detik saat ini yang berbasis sesium berlanjut dari pekerjaan kalibrasi yang menghubungkan jam atom karya Louis Essen dan Jack Parry pada 1955~1958, pengamatan astronomi William Markowitz, dan sinyal waktu radio WWV

Hierarki waktu yang dimulai dari NTP

  • Jawaban paling singkat tentang dari mana komputer mendapatkan waktu adalah NTP
  • Namun, server NTP juga tidak membuat waktunya sendiri, dan jika ditelusuri ke sumbernya ada beberapa lapisan yang saling terhubung
  • NTP menyalurkan waktu melalui struktur stratum
    • Server NTP stratum 3 menerima waktu dari server NTP stratum 2
    • Server NTP stratum 2 menjadikan server NTP stratum 1 sebagai acuan
    • Server NTP stratum 1 mengambil waktu langsung dari jam referensi (reference clock)
  • Jam referensi bisa berupa sinyal radio seperti MSF di Inggris atau DCF77 di Jerman, tetapi dalam banyak kasus kemungkinan besar berupa penerima GPS

Waktu GPS dan Observatorium Angkatan Laut AS

  • Jika menelusuri sumber waktu GPS, ujungnya sampai ke Schriever Space Force Base di Colorado
  • Schriever memiliki berbagai satelit sangat rahasia dan misi terkait, sehingga sulit mendekat dan mengambil foto yang bagus
  • Di lokasi tersebut terdapat US Naval Observatory Alternate Master Clock
  • Jam master cadangan ini menerima waktu dari US Naval Observatory di Washington DC

Tiga fondasi yang dipakai USNO untuk menjaga waktu tetap selaras

  • Jam atom

    • Fondasi pertama US Naval Observatory adalah banyak jam atom
    • Yang digunakan mencakup jam pancaran sesium yang dipasang di rak, kotak hitam berisi hydrogen maser, dan rubidium fountains
    • USNO memiliki begitu banyak jam hingga ada gedung khusus untuk jam atom
    • Di Apple Maps terlihat lokasi konstruksi besar di tengah kampus USNO, dan itu dipastikan sebagai gedung jam yang baru
    • Batas utama akurasi jam adalah stabilitas lingkungan seperti suhu dan kelembapan, dan gedung baru itu akan dilengkapi fasilitas pengendalian udara yang kuat

  • Informasi rotasi Bumi

    • Fondasi kedua adalah bahwa UTC merupakan kompromi antara waktu jam atom dan waktu rotasi Bumi
    • USNO menerima informasi terkait dari layanan rotasi Bumi internasional IERS yang berbasis di Observatorium Paris
    • IERS mengirim Bulletin C dua kali setahun untuk memberi tahu apakah akan ada detik kabisat enam bulan kemudian
    • Detik kabisat dapat ditambahkan atau dihapus agar UTC tetap selaras dengan rotasi Bumi
    • IERS Bulletin A adalah pemberitahuan mingguan berisi informasi presisi tentang parameter orientasi Bumi, dan dikirim oleh US Naval Observatory
    • Agar GPS dapat memberikan posisi presisi, arah Bumi di bawah satelit harus diketahui secara akurat

  • Verifikasi jam atom

    • Fondasi ketiga adalah informasi untuk memastikan bahwa jam atom milik USNO bekerja dengan baik
    • Informasi ini berasal dari BIPM di Paris, yang memelihara UTC standar dunia

BIPM, UTC, dan detik SI

  • BIPM mengumpulkan hasil pengukuran waktu dari laboratorium waktu nasional di seluruh dunia untuk menentukan UTC resmi
  • Circular T, yang diterbitkan secara berkala, memuat informasi tentang ketidaksesuaian antara UTC resmi dan UTC milik laboratorium waktu tiap negara
  • BIPM juga bertanggung jawab memelihara Sistem Satuan Internasional SI
  • SI didefinisikan oleh CGPM, sebuah organisasi perjanjian internasional yang dibentuk melalui Konvensi Meter pada 1875
  • UTC adalah implementasi satuan waktu SI yang didasarkan pada pengukuran kuantum atom sesium
  • Angka sekitar 9.2GHz dalam definisi detik saat ini berasal dari kalibrasi awal jam atom sesium

Hubungan antara jam atom sesium dan detik astronomi

  • Pada 1955, Louis Essen dan Jack Parry membuat jam atom sesium pertama, dan definisi detik saat ini berasal dari kalibrasi jam tersebut
  • Sebelum adanya jam atom, detik didasarkan pada astronomi, sehingga Essen dan Parry harus mengetahui seberapa cepat jam atom mereka berdetak dibandingkan standar waktu yang sudah ada
  • Pekerjaan penghubung ini melibatkan para astronom dari US Naval Observatory
    • William Markowitz mengukur waktu dengan mengamati langit
    • Louis Essen mengukur waktu dengan melihat jam atom
    • Untuk menyelaraskan kedua pengukuran itu, keduanya mendengarkan sinyal waktu radio WWV yang dipancarkan oleh National Bureau of Standards di Washington DC
    • Pekerjaan ini berlangsung selama 1955~1958, yakni tiga tahun
  • Yang diukur Markowitz adalah ephemeris second
    • Pada 1952, International Astronomical Union mengubah definisi waktu agar didasarkan bukan pada rotasi Bumi, melainkan pada orbit Bumi mengelilingi Matahari
    • Pada 1930-an ditemukan bahwa rotasi Bumi tidak sepenuhnya konstan dan sedikit melambat lalu mempercepat
    • Ketika jam menjadi lebih presisi daripada rotasi Bumi, ephemeris second menjadi standar waktu baru yang lebih presisi
  • ephemeris second didasarkan pada ephemeris matematis tata surya
    • Ephemeris standar dibuat oleh Simon Newcomb pada akhir 1800-an
    • Newcomb mengumpulkan data astronomi historis dalam jumlah besar lalu membuat model matematis
    • Model ini tetap menjadi standar hingga pertengahan 1980-an
  • Simon Newcomb juga bekerja di US Naval Observatory dan US nautical almanac office
  • Pada masa yang lebih awal, penyelarasan jam dilakukan dengan cara yang lebih langsung, yakni mengamati bintang melintasi langit
  • Sumber waktu komputer bukanlah Royal Greenwich Observatory

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2023-10-06
Komentar Hacker News

  • Terkait penjagaan waktu, ada juga NIST Randomness Beacon: https://csrc.nist.gov/projects/interoperable-randomness-beac...
    Prototipe ini setiap 60 detik menghasilkan dan memublikasikan seluruh deret bit entropi dalam blok 512-bit; tiap nilai diberi nomor urut, timestamp, dan tanda tangan, serta menyertakan hash nilai sebelumnya sehingga nilai-nilai itu dirangkai menjadi chain
    Ada lelucon bahwa ini “menaruh waktu di blockchain”, dan pada dasarnya NIST memang sudah melakukan hal yang mirip

    • Ini bukan blockchain, lebih mirip Merkle DAG dengan satu penulis
      Tidak perlu konsensus, mirip repositori Git dengan satu penulis
    • Saya penasaran contoh penggunaannya
      Saya kurang paham mengapa memasukkan string acak panjang yang dipublikasikan ke dalam chain itu berguna, selain untuk membuktikan bahwa suatu peristiwa belum terjadi sebelum titik waktu tertentu
    • Saya selalu bertanya-tanya kenapa ini tidak dipakai sebagai root untuk sistem angka acak P2P
      Kalau ada sumber waktu tepercaya dengan beberapa kunci yang tidak akan berubah dan siapa pun bisa meneruskannya kembali, sepertinya itu cukup berguna
      Bahkan bisa memungkinkan jam tanpa konfigurasi yang mengambil waktu dari ponsel atau komputer terdekat tanpa pengaturan manual

  • Mengejutkan bahwa jika komputer dibuat tidak menyinkronkan waktu secara otomatis, kita bisa melihat seberapa cepat waktunya drift
    Desktop utama saya sekarang maju 1,7 detik, dan kemungkinan jamnya belum diperbarui selama beberapa minggu
    Meski begitu, ini belum tergolong parah; sistem lain bisa melenceng jauh lebih banyak
    Kenapa tidak disetel otomatis lewat NTP? Mungkin karena ingin melihat laju drift, mungkin ingin menjalankan layanan sesedikit mungkin, mungkin ingin switch Ethernet di depan tidak terlalu sering berkedip, atau mungkin ingin mengingat apa saja yang rusak ketika jam sangat melenceng
    Pada akhirnya jawabannya adalah “karena saya memang menginginkannya begitu”, dan jam internal atau kristal di banyak komputer sama sekali tidak presisi

    • Galat kristal biasanya sekitar 20ppm
      Dalam seminggu, pada 20ppm, bisa melenceng sekitar 12 detik
      Di motherboard kemungkinan ada cr2032 yang menjaga waktu bahkan saat daya dicabut
      Contoh kristal: https://www.digikey.com/en/products/filter/crystals/171?s=N4...
    • Sulit menjelaskannya secara rinci, tetapi ada suatu produk IoT yang dirancang agar jika NTP gagal, semua perangkat perlahan-lahan tertinggal
      Saya menyukai desain ini karena ketika NTP diperbaiki, waktu akan melompat maju sehingga muncul celah pada waktu yang dipersepsikan, alih-alih “menjalani momen yang sama dua kali”
      Karena itu saya sempat berpikir bahwa, seperti speedometer yang sengaja menampilkan angka sedikit lebih tinggi, kristal juga sengaja dibuat sedikit lebih lambat agar komputer tidak tergelincir ke masa depan
    • Sekitar 40 hari lalu saya menyiapkan mini PC sebagai home server dan tidak tahu bahwa Fedora Server secara default tidak mengonfigurasi sinkronisasi NTP
      Dalam 2 minggu, drift menumpuk sampai 30 detik, dan Prometheus memberi peringatan, tetapi awalnya saya keliru mengira peringatan itu muncul karena semuanya dijalankan di satu node
      Saat menelusuri metrik, saya melihat error akibat drift; lalu saya membandingkan output date +'%s' di server dan laptop, dan selisihnya jauh di atas 30 detik
    • Menurut Wikipedia, akurasi RTC kristal umum adalah ±100 hingga ±20ppm, yaitu sekitar 8,6 hingga 1,7 detik per hari
      IC RTC dengan kompensasi suhu bisa di bawah 5ppm, dan secara praktis cukup untuk melakukan navigasi astronomis, pekerjaan tradisional kronometer navigasi
      Pada 2011 muncul jam atom skala chip; harganya jauh lebih mahal dan konsumsi dayanya juga jauh lebih besar, tetapi mampu menjaga waktu dalam batas 50ppt

  • Penjelasannya menarik, tetapi format ini terlalu merepotkan untuk menyampaikan informasi
    Rasanya akan lebih baik jika slide dihapus, ditulis ulang menjadi paragraf yang konsisten, lalu hanya gambar-gambar inti dimasukkan kembali sebagai materi pendukung

    • Setelah seseorang memberi presentasi secara offline, ada beberapa tingkat hal yang bisa dilakukan secara online
      Mengumumkan bahwa presentasi sudah dilakukan, mengunggah rekaman video, mengunggah slide tanpa penjelasan sebagai PDF atau sejenisnya, menempatkan slide di halaman HTML sambil menambahkan apa yang kira-kira dikatakan pembicara, dan terakhir menulis ulang semuanya menjadi tulisan berbentuk paragraf
      Di sini mereka sudah melakukan tahap 1–4, dan mengeluh karena belum melakukan tahap 5 berarti meminta tambahan pekerjaan yang cukup besar, jadi sulit untuk menyalahkan; sejak awal, saya sudah berterima kasih karena presentasinya diunggah dalam bentuk yang bisa dibaca
      Saya setuju bahwa di mobile, terutama versi awalnya, sulit dibaca, tetapi format “presentasi beranotasi” itu sendiri tidak buruk
      Misalnya ada contoh seperti https://idlewords.com/talks/ dengan https://idlewords.com/talks/superintelligence.htm, https://noidea.dog/talks dengan https://noidea.dog/impostor, dan https://simonwillison.net/tags/annotatedtalks/ dengan https://simonwillison.net/2022/Nov/26/productivity/; dengan sedikit penyesuaian CSS, misalnya menaruh gambar di sisi kanan, format ini bisa jadi lebih mudah dibaca
    • Tata letak yang menampilkan gambar sebelum kalimat yang harus dibaca terasa sangat membingungkan
      Misalnya setelah “ini adalah gambar paket NTP”, yang muncul berikutnya justru foto seorang pria duduk di meja
    • Jauh lebih baik menonton video presentasi aslinya: https://ripe86.ripe.net/archives/video/1126/
    • Saya baru pertama melihat format seperti ini, tetapi rasanya cukup mirip dengan proses orang yang penuh rasa ingin tahu terseret masuk ke lubang kelinci suatu topik
      Saya menyukainya
    • Tulisan yang menarik, terbaca seperti aliran kesadaran

  • NTP Pool, sumber daya yang umum dipakai oleh banyak perangkat, juga layak disebut
    Ini adalah kelompok server NTP yang dijalankan oleh sukarelawan, dan sering dipilih terutama oleh perangkat dari ekosistem open source
    Microsoft, Apple, dan Google masing-masing mengoperasikan server waktu sendiri, tetapi untuk sebagian besar yang lain, NTP Pool adalah sumber daya yang sangat bagus: https://www.ntppool.org/en/

    • Saya jadi teringat saat NTP Pool pada dasarnya terkena DDoS karena sebuah rilis Snapchat iOS yang bermasalah: https://community.ntppool.org/t/recent-ntp-pool-traffic-incr...
    • Dulu saya sempat berpartisipasi dalam pool memakai kartu PCI sinkronisasi GPS milik RIPE NCC
      Menyenangkan, tetapi di lingkungan ruang mesin, sulit untuk terus memasang antena dome
      Saya tidak suka kabel khusus, dan akses ke atap merepotkan dari sisi keamanan maupun kebocoran
      Sekarang jam rubidium juga cukup murah
      Saat ini saya ikut dalam proyek drift/ketersediaan GPS Bert Hubert, yang memakai Raspberry Pi untuk mengukur visibilitas dan ketersediaan GPS di luar jendela kantor rumah; ini jauh lebih menarik

  • Momen ketika instrumen atau metode pengukuran menjadi lebih presisi, stabil, dan dapat dipercaya daripada material acuannya itu menarik
    Lalu seseorang, biasanya seorang individu, akhirnya menemukan fakta itu, atau dalam beberapa kasus justru membuatnya terjadi sendiri
    Detik efemeris didasarkan pada efemeris, yaitu model matematis Tata Surya; efemeris standar adalah model yang dibuat Simon Newcomb pada akhir 1800-an dengan mengumpulkan data astronomi historis dalam jumlah besar, dan tetap menjadi standar sampai pertengahan 1980-an
    Pada 1952, International Astronomical Union mengubah definisi waktu agar didasarkan pada revolusi Bumi mengelilingi Matahari, bukan rotasi Bumi, karena pada 1930-an ditemukan bahwa rotasi Bumi tidak sepenuhnya seragam dan sedikit melambat atau mempercepat
    Jam kini menjadi lebih presisi daripada rotasi Bumi, dan detik efemeris menjadi standar waktu baru yang lebih presisi

    • Saya ingat pernah mempelajari ini saat SMA, tetapi saya penasaran, sebelumnya sebenarnya panjang 1 detik seperti apa yang dipakai?
      Jika didasarkan pada rotasi Bumi, data seperti apa “data astronomi historis dalam jumlah besar” yang dikumpulkan Newcomb itu?
      Saya bertanya-tanya bagaimana panjang waktu bisa ditangkap dan disimpan secara andal hanya berdasarkan laju rotasi Bumi yang berubah seiring waktu; mungkin datanya berupa perbandingan dengan fenomena alam lain

  • Agar tidak terlalu bergantung pada Big Time, menurut saya kita perlu standar pelacakan waktu yang dipelihara komunitas dan terdemokratisasi

    • Bukankah sebenarnya strukturnya sudah hampir seperti itu?
      True Time™ pada dasarnya ditentukan dengan merata-ratakan puluhan jam atom di laboratorium-laboratorium seluruh dunia, jadi rasanya sulit untuk menjadi lebih “dipelihara komunitas” dan “terdemokratisasi” daripada itu
    • Setelah membaca tulisan dan komentar ini, saya jadi penasaran apa dampak serangan terorganisasi terhadap mekanisme penjagaan waktu fundamental
      Tampaknya ada cukup banyak redundansi dan konsensus, tetapi saya penasaran sistem mana yang akan gagal, dalam rentang waktu seperti apa masalahnya muncul, dan bagaimana pemulihannya
    • Dengan langit malam yang cerah dan kamera ponsel modern saja, sepertinya mungkin juga mengkalibrasi jam
      Akurasi tingkat detik pun rasanya bukan ekspektasi yang absurd, meskipun kalibrasinya mungkin butuh waktu yang tidak realistis panjangnya

  • DARPA mendanai program Robust Optical Clock Network (ROCkN)
    Program ini bertujuan membuat jam atom optik dengan ukuran, berat, dan daya (SWaP) rendah, yang memiliki akurasi dan performa holdover lebih baik daripada jam atom GPS serta bisa dipakai di luar laboratorium
    Sebagian besar penyedia cloud besar memperoleh waktu dari GPS, tetapi juga telah menerapkan perangkat sekelas Open Compute Time Card yang dapat mempertahankan waktu akurat saat GPS tidak tersedia
    https://www.darpa.mil/news-events/2022-01-20

  • Jika Anda punya Raspberry Pi tersisa dan ingin menjalankan sendiri server NTP Stratum 1, ada tulisan ini: https://austinsnerdythings.com/2021/04/19/microsecond-accura...

    • Untuk keperluan NTP, sebaiknya gunakan Raspberry Pi 4 daripada papan lama
      Pada papan lama, port Ethernet berada di belakang hub USB, sehingga muncul jitter timing paket jaringan dalam skala milidetik, dan sulit mendapatkan akurasi NTP dalam skala mikrodetik
      Agar lebih menarik, Anda juga bisa memasukkannya ke kotak berinsulasi dan memberinya beban CPU agar tetap hangat, menjadikan Raspberry Pi seperti osilator kristal terkompensasi oven: https://blog.ntpsec.org/2017/03/21/More_Heat.html
    • Jika menerima waktu langsung dari GPS, itu adalah server Stratum 0
      Server Stratum 1 berarti server yang menerima waktu dari server Stratum 0

  • Sebagian besar slide membahas fisika pengukuran waktu, seperti GPS atau jam atom
    Itu sendiri menarik, tetapi untuk memahami bagaimana komputer saya mendapatkan waktu saat ini, pertanyaan yang lebih relevan adalah “bagaimana komputer rumahan mengukur latensi paket yang dikirim dari server waktu jarak jauh?”
    Pertanyaan seperti apakah ia mengukur durasi beberapa round trip lalu menjadikan rata-ratanya sebagai latensi, atau apa yang terjadi jika tiba-tiba terjadi kemacetan pada round trip tertentu, terasa lebih misterius daripada pertanyaan fisika

  • Anda harus berhati-hati dengan sumber waktu yang digunakan
    Sekitar 10–15 tahun lalu, salah satu server kami dikonfigurasi untuk memakai tick.usno.navy.mil dan tock.usno.navy.mil, tetapi ada “masalah” pada waktu yang disiarkan oleh Navy
    Dalam semalam, beberapa server lisensi gagal melakukan autentikasi, dan kami tidak bisa masuk ke sistem
    Sepengetahuan saya SSH juga membutuhkan waktu yang akurat dalam selisih beberapa menit; kami masuk secara lokal dari kantor lain di gedung yang sama, memeriksa ketidakcocokan waktu, lalu menyelesaikannya dengan mengubah server waktu dan cara sinkronisasinya

    • Sepertinya ada beberapa hal yang Anda ingat keliru
      SSH sama sekali tidak peduli dengan waktu, kecuali jika Anda memakai sertifikat SSH dengan masa berlaku sangat pendek