Tác giả: Tomasz Widomski
Giây nhuận UTC là gì? Tại sao việc xử lý giây nhuận lại khó khăn trong các hệ thống IT/OT? Khi nào giây nhuận UTC chính thức chấm dứt và điều gì sẽ xảy ra tiếp theo?
Liệu chúng ta có đang đối mặt với một loại tấn công mạng mới mang tên “False Leap Second Attack” nhằm vào các hệ thống công nghệ thông tin và truyền thông hay không? Đó chính là nội dung của bài viết này.
1. Giây nhuận UTC là gì?
Ai trong chúng ta chưa từng nói chuyện, dù chỉ trong những cuộc trò chuyện thông thường với bạn bè, về ảnh hưởng của việc chuyển đổi giữa giờ mùa hè và giờ mùa đông đối với nhịp sinh hoạt hằng ngày? Ai cũng biết rằng năm nhuận xuất hiện 4 năm một lần và tháng Hai khi đó có tới 29 ngày. Nhưng đã có ai nghe nói đến giây nhuận chưa?
Trong nhiều thập kỷ, một giây UTC đặc biệt này đã khiến những người đứng đầu ngành công nghệ thông tin toàn cầu, bao gồm cả Thung lũng Silicon và các công ty thuộc OCP, phải đau đầu.
Giây đặc biệt này tạo ra một lỗ hổng an ninh tiềm ẩn trong các hệ thống IT/OT, liên quan đến việc thao túng thời gian trong tất cả các hệ thống công nghệ thông tin và truyền thông phân tán được kết nối qua mạng. Thông qua đó, kẻ tấn công có thể làm mất đồng bộ thời gian và hậu quả là gây mất ổn định cơ sở hạ tầng trọng yếu. Đáng chú ý, việc này có thể được thực hiện mà không cần xâm nhập vào mạng TCP/IP.
Đó chính là giây nhuận (UTC leap second), được bổ sung không theo chu kỳ cố định vào thang thời gian UTC.
Từ năm 1972, giây nhuận UTC được sử dụng để duy trì sự phù hợp giữa thời gian do đồng hồ nguyên tử đo đếm và chuyển động quay của Trái Đất, tức thời gian phổ quát được quan sát UT1.
Thực tế cho thấy, trong khi đồng hồ nguyên tử có độ ổn định rất cao khi đo khoảng thời gian trôi qua, Trái Đất lại quay không đều. Có những giai đoạn tốc độ quay tăng lên, nhưng trong thời gian gần đây, tốc độ quay có xu hướng chậm lại.
Các nhà khoa học đã thống nhất rằng nếu xu hướng sai lệch vượt quá giới hạn cho phép là 0,9 giây, thì cần thực hiện hiệu chỉnh bằng cách bổ sung giây nhuận UTC dương hoặc âm.
Sự không ổn định trong chuyển động quay của Trái Đất không thể dự đoán chính xác. Nó được đo bằng các giao thoa kế Sagnac.
Hiện tượng này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: địa chất và kiến tạo Trái Đất; các thảm họa như núi lửa phun trào và động đất; sự khô cạn của những vùng nước lớn; sự can thiệp của con người vào chế độ thủy văn thông qua việc xây dựng các đập khổng lồ tích trữ nước; thậm chí cả các dòng đối lưu trong phần lõi lỏng của Trái Đất và lực ma sát giữa khí quyển với đại dương. Tác động của những yếu tố này được ghi nhận rõ ràng bằng các giao thoa kế Sagnac.
2. Giây nhuận UTC đã gây ra những mối nguy hiểm gì cho IT/OT?
Giây nhuận UTC thứ 37 và cũng là giây nhuận gần nhất được bổ sung vào đêm giao thừa năm 2016. Sự kiện này đã gây ra nhiều xáo trộn trong các hệ thống quốc phòng, lĩnh vực giao dịch chứng khoán và tài chính, ngành năng lượng, viễn thông và giao thông vận tải.
Theo tác giả, nguyên nhân liên quan đến các nhà sản xuất thiết bị mạng, chẳng hạn như máy chủ và bộ định tuyến, vốn là những thành phần thiết yếu trong lớp mạng lõi của mọi cơ sở hạ tầng trọng yếu.
Nhưng tại sao chỉ một giây UTC lại có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng đến vậy trong IT/OT?
Việc xử lý giây nhuận bên trong máy tính đòi hỏi một kỹ thuật không trực quan: làm chậm thời gian một cách từ từ thông qua hiệu chỉnh tần số, thay vì điều chỉnh đồng hồ theo kiểu nhảy bước đột ngột.
Điều này liên quan đến đồng hồ phần mềm - bộ đếm thời gian trong nhân hệ điều hành của Windows, Linux và các hệ điều hành khác.
Mặc dù nguyên tắc đưa giây nhuận vào UTC đã được xác định trong tài liệu ITU-R TF.460-6, tại trang 3, mục 2, phụ lục 3, phương pháp làm chậm thời gian từ từ nhằm duy trì tính đơn điệu của thời gian lại chưa được chuẩn hóa thống nhất.
Nhân của các hệ điều hành hiện đại xử lý thời gian với độ phân giải ở mức hàng trăm nano giây. Độ phân giải cao như vậy được sử dụng trong các hoạt động nội bộ của hệ thống, bao gồm quản lý tài nguyên bộ nhớ và lập lịch cho các tiến trình chạy đồng thời.
Nếu tính liên tục của dòng thời gian trong nhân hệ điều hành bị gián đoạn, các tác vụ dọn dẹp có thể bị thực hiện lặp lại hoặc bị bỏ qua. Điều này làm mất ổn định nhân hệ điều hành và có thể khiến hệ thống bị treo.
Chúng ta đều quen thuộc với thông báo lỗi “Linux kernel panic” hoặc màn hình xanh chết chóc “Blue Screen of Death” của Windows. Theo tác giả, đây là những phản ứng có thể xảy ra khi cơ chế đồng bộ thời gian bị mất ổn định trong nhân hệ điều hành. Hiện nay, hầu hết thiết bị điện tử và thiết bị công nghiệp hiện đại đều dựa trên các nền tảng như Linux và Android.
Trong hơn 20 năm, giới công nghệ thông tin đã vận động nhằm loại bỏ giây nhuận UTC, bởi các hệ thống chưa có một tiêu chuẩn thống nhất để xử lý hiện tượng này. Điều đó làm gia tăng đáng kể nguy cơ mất đồng bộ và sự cố trong các hệ thống IT/OT.
Một trở ngại đối với việc loại bỏ giây nhuận là yêu cầu phải lập trình lại các hệ thống dẫn đường vô tuyến hàng hải, trên bộ và vệ tinh của những cường quốc hạt nhân.
Trong quá khứ, Nga phản đối sự thay đổi này. Vương quốc Anh cũng từng phản đối, một phần vì vấn đề ảnh hưởng lịch sử gắn với Đài thiên văn Greenwich và thang thời gian thiên văn GMT.
Tác giả còn đề cập đến sự phản đối từ các tổ chức tôn giáo lớn. Theo ông, Kitô giáo, Do Thái giáo và Hồi giáo xác định các ngày lễ tôn giáo dựa trên những quan sát thiên văn, do đó việc chuyển đổi sang cách duy trì thời gian dựa trên đồng hồ nguyên tử chính xác đặt ra những vấn đề riêng.
3. Khi nào giây nhuận UTC chấm dứt?
Bước ngoặt trong quá trình đàm phán diễn ra trong giai đoạn 2021–2023. Ba Lan cũng tham gia vào quá trình này.
Đoàn đại biểu MC KPRM, gồm Tiến sĩ Włodzimierz Lewandowski - cựu giám đốc phụ trách thời gian tại BIPM và cựu chủ tịch GUM của Ba Lan — cùng Tomasz Widomski từ Elproma, nhà sản xuất máy chủ thời gian của Ba Lan, đã đóng góp về mặt chuyên môn và vận động để giành được sự ủng hộ quốc tế từ cả giới chính trị lẫn ngành công nghiệp đối với tài liệu do họ chuẩn bị.
Tháng 12/2023, tại Hội nghị Viễn thông Thế giới ITU WRC-2023 ở Dubai, một thỏa thuận được ký kết, lần đầu tiên mở ra cơ hội chấm dứt việc bổ sung các giây nhuận UTC tiếp theo kể từ năm 2035.
Trong những cuộc họp tiếp theo của ITU và IRES, số lượng những người ủng hộ việc loại bỏ giây nhuận UTC sớm hơn dự kiến tiếp tục tăng lên.
4. Nếu giây nhuận UTC chấm dứt, điều gì vẫn có thể đe dọa chúng ta?
Theo tác giả, việc không còn bổ sung giây nhuận UTC kể từ ngày 20/05/2027 sẽ là lý do để ngành đo lường thời gian ăn mừng thành tựu mà họ đã theo đuổi suốt 20 năm.
Tuy nhiên, đối với những người làm trong lĩnh vực IT/OT, đây có thể lại trở thành một vấn đề an ninh mạng mới.
Những “bóng ma” của giây nhuận UTC vẫn có thể tồn tại thêm một hoặc hai thập kỷ, tạo thành một lỗ hổng bảo mật vô hình mà mọi người đã quên mất.
Tại sao?
Trên toàn thế giới có hàng trăm triệu, thậm chí có thể hàng tỷ bộ thu GNSS đang hoạt động. Chúng giúp duy trì tính ổn định của các hệ thống IT/OT trong bối cảnh chuyển đổi số và tự động hóa Công nghiệp 4.0 ngày càng phát triển.
Một phần trong số các bộ thu này được tích hợp vào thiết bị mạng, bao gồm các máy chủ thời gian NTP/PTP sử dụng IEEE 1588.
Điều đó tạo ra một thách thức an ninh mới: làm thế nào để bảo vệ hệ thống trước một giây nhuận UTC bị tạo ra hoặc thông báo giả mạo một cách có chủ đích?
Tác giả gọi đây là một dạng tấn công giả mạo (spoofing) đặc biệt, mang tên “False Leap Second UTC”, có thể được thực hiện ở hai cấp độ:
- Cấp độ tín hiệu vô tuyến RF: Tấn công vào bộ thu GNSS bằng cách giả mạo tín hiệu vô tuyến.
- Cấp độ mạng: Giả mạo thông tin ở cấp giao thức NTP và PTP.
Ngoài ra, đối với NTP, việc thao túng còn có thể được thực hiện bằng cách thay thế tệp dữ liệu leap-seconds.list trên máy chủ NTP.
Tệp chứa các ngày chính xác của 37 giây nhuận UTC đã được bổ sung trước đây. Tuy nhiên, theo tác giả, những ngày này có thể bị sửa đổi nếu hệ thống NTP vẫn tiếp tục sử dụng tệp đó sau ngày 20/05/2027.
Như vậy, ngay cả khi việc bổ sung giây nhuận UTC chính thức kết thúc, nguy cơ giả mạo và ép các bộ thu GNSS hoặc máy chủ thời gian NTP/PTP xử lý những giây nhuận không có thật vẫn có thể tồn tại, dẫn đến mất đồng bộ thời gian.
Tác giả đặt ra câu hỏi: Có bao nhiêu chuyên gia IT/OT hiện nay nhận thức được nguy cơ này và sẽ thực hiện các biện pháp phù hợp khi chủ đề giây nhuận UTC chính thức bị coi là đã bị lãng quên?
Bởi vì, như ông nhận xét, kẻ săn mồi có cơ hội thành công cao nhất khi con mồi không biết rằng mình đang gặp nguy hiểm.
Quý khách có nhu cầu tư vấn Thiết bị đồng bộ thời gian xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY TNHH HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN COTEL
Địa chỉ: Tầng 3, Tòa B1, Sky Central Tower, 176 Định Công, Phương Liệt, Hà Nội, Việt Nam
Điện thoại: (024) 66637998 | Hotline: 0904787059
Email: info@cotel.vn