新知｜时间背后的“暗战”

于梅君

主笔：于梅君

近日,国家安全机关披露了一起重大网络攻击案,美国国家安全局对中国科学院国家授时中心实施了高强度网络攻击,企图渗透破坏我国的时间基准系统。这一消息让“国家授时中心”这个鲜为人知的机构进入了公众视野。你对“北京时间”真的了解吗?它为何如此重要?中国又是如何筑牢“时间护城河”的?

北京时间:源自西安的“脉动”

北京时间——这一我们日常生活中再熟悉不过的概念,有着大多数人不知道的来历。其实,它并非北京当地的时间,而是北京所在的东八区的区时,以中国自主建立的原子时系统为基础。

尽管名字叫“北京时间”,但这个时间的“心脏”并非在北京跳动。也就是说,“北京时间”的发播源头并不在北京,而是在位于陕西西安临潼的中国科学院国家授时中心。

为什么北京时间要从陕西发播?这背后,有着深远的历史渊源和战略考量。

上世纪60年代,国家因战略急需,决定在内陆腹地建设专用授时台,陕西因其独特的地理位置被选中。

西安地处关中平原中部,位于中国国土的几何中心,距离大地原点(位于陕西省泾阳县)仅100公里。这种地理位置优势,使得从西安发出的标准时间信号,能均匀覆盖全国范围,尤其适合作为时间基准点的定位。

同时,陕西有秦岭遮挡,授时中心建在这里相对安全。

国家授时中心始建于1966年,最初名为陕西天文台,2001年更为现名。作为国家授时中心所在地,西安承担着“北京时间”的产生、保持和发播任务,为国家通信、金融、交通等行业提供高精度时间服务。其时间校准精度,已达到国际领先水平,目前与国际标准时间偏差小于3纳秒。

“6000万年不差1秒”的授时精度

“北京时间”的诞生,离不开原子钟。1967年,为提高时间的测量精度,第十三届国际计量大会修改了时间单位“秒”的定义,从反映地球自转状态的天文时“秒”,变更为以原子内部电磁振荡周期计时的原子时“秒”。

自此,世界各国开始竞相研发能够精确测量和保持时间的原子钟,也就是原子频率标准(频标)。

原子钟就是利用原子内部量子跃迁产生的信号进行时间测量,可以分为守时型原子钟和基准型原子钟。

守时型原子钟环境适应性强,能够常年连续可靠运行,用于连续产生和记录时间信号；基准型原子钟则更为精准。

2005年,张首刚教授受命前往国家授时中心,开始了中国高性能原子钟的研究。经过15年努力,张首刚团队在2020年成功研制出两台具有自主知识产权的铯原子喷泉基准钟,使得“北京时间”拥有了自主的校准能力。

对时间进行精密测量,需要特殊的环境保障。原子钟设备必须放置在隔震、电磁屏蔽、恒温恒湿的实验室内,由科研人员24小时轮班监测,确保这些“精密母钟”稳定运行。

在国家授时中心,使用了40多台连续运行的不同类型的守时型原子钟,综合产生稳定的原子时。利用铯原子喷泉钟进行校准,产生既稳定又准确的原子时。

铯原子喷泉钟的精度之高令人惊叹——可达6000万年不差1秒。2024年起,中国授时精度已跃居全球第一。从2021年起,我国自主研制的各类原子钟,已相继被国际权度局测试认可,用于国际标准时间的产生。

北斗系统赋能“北京时间”

北斗系统是我国自主建设运行的全球卫星导航系统,很多人知道它能进行定位、导航,实际上,北斗系统还有一项非常重要的功能,那就是卫星授时。

所谓“授时”,即通过北斗卫星、短波、长波、低频时码、电话、网络等方式,把标准时间分发给通信、电力、交通、测绘、航空航天、国防等诸多行业和部门。这些系统再根据接收到的信号,校准自身的时钟。

当前,全球存在四种卫星授时系统,除了我国的北斗系统,还有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统。

北斗授时的精度,可以达到10纳秒量级。北斗导航卫星上配有星载原子钟,以确保北斗授时系统有精确的时间源。

用户接收到北斗的广播信号后,自主修正本地时间与标准时间的时间差,就能实现时间同步。有了北斗系统,意味着中国人更能将精准时间掌握在自己的手里。

时间背后的“暗战”

近日,国家安全机关披露了一起触目惊心的网络攻击案——美国国家安全局对中国科学院国家授时中心发动了高强度网络攻击。

国家安全机关缜密调查发现,美国安局针对国家授时中心的网攻活动蓄谋已久,呈递进式、体系化特点。

2022年3月25日起,美国安局利用某境外品牌手机短信服务漏洞,秘密网攻控制国家授时中心多名工作人员的手机终端,窃取手机内存储的敏感资料。

2023年4月18日起,美国安局多次利用窃取的登录凭证,入侵国家授时中心计算机,刺探该中心网络系统建设情况。

2023年8月至2024年6月,美国安局专门部署新型网络作战平台,启用42款特种网攻武器,对国家授时中心多个内部网络系统,实施高烈度网攻,并企图横向渗透至高精度地基授时系统,预置瘫痪破坏能力。

国家安全机关发现,美国安局网攻活动多选在北京时间深夜至凌晨发起,利用美国本土、欧洲、亚洲等地的虚拟专用服务器,作为“跳板”隐匿攻击源头,采取伪造数字证书绕过杀毒软件等方式隐藏攻击行为,还使用了高强度的加密算法深度擦除攻击痕迹,为实施网络攻击渗透活动可谓无所不用其极。

国家安全机关见招拆招,固定美方网攻证据,指导国家授时中心开展清查处置,斩断攻击链路,升级防范措施,消除危害隐患,全力守护“北京时间”安全。

时间差之毫厘，谬以千里

高精度的国家标准时间是现代社会运行的基础。中国科学院国家授时中心综合办公室副主任魏栋表示:“很多人觉得,时间差个一秒半秒没什么。但在现代社会,这可能会引发灾难。”

时间差一毫秒,变电站就会时序混乱,造成大面积停电。

时间差一微秒,国际股市的交易就可能会有几千亿的变化。

时间差一纳秒,也就是10亿分之一秒,北斗的定位精度就会差30厘米,同时也会影响到人们日常通信,无线电载波无法同步,手机通话和上网无法实现。

时间差一皮秒,也就是10万亿分之一秒,月壤采集车和嫦娥飞船的定位就会产生几公里的偏差,可能造成“嫦娥”无法成功返回。

当今世界,谁掌握了时间的精准,谁就掌握了发展的主动权。从“两弹一星”到载人航天,从移动通信到数字经济,无不依赖于高精度的时间系统。

2025年4月,市场监管总局批准发布《时间频率计量名词术语及定义》国家计量技术规范,首次将“中国标准时间”纳入计量名词术语及定义。

这意味着,中国有了自己独立、自主的标准时间体系,可有效保障我国在航天、通信、金融、交通等领域时间的自主性、独立性和可靠性。

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