Jahr-2038-Problem

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Exemplarische Darstellung des Jahr-2038-Problems

Das Jahr-2038-Problem von EDV-Systemen (Numeronym: Y2K38) könnte zu Ausfällen von Software im Jahr 2038 führen. Dieses Problem ist auf EDV-Systeme beschränkt, die die Unixzeit benutzen und time_t als vorzeichenbehaftete 32-Bit-Ganzzahl definieren.

Hintergrund[Bearbeiten]

Die Unixzeit zählt die seit dem 1. Januar 1970 abgelaufene Zeit in Sekunden.[1] Am 19. Januar 2038 um 03:14:08 Uhr UTC wird die Anzahl der vergangenen Sekunden die Kapazität einer vorzeichenbehafteten 32-Bit-Ganzzahl (maximal 2.147.483.647) überschreiten.[2] Das signifikanteste Bit (MSB) wird laut Konvention dazu verwendet, positive und negative Zahlen zu unterscheiden (Vorzeichen im Zweierkomplement), sodass die Zählung bei einer Überschreitung des Wertes 2.147.483.647 (binär 01111111111111111111111111111111) in den negativen Bereich springt (z. B. −2.147.483.648 binär 10000000000000000000000000000000). Das führt bei einer ungenügend implementierten Konvertierung von Unixtime zu Datum und Uhrzeit ungewollt zu einem Wert, der vor Beginn der POSIX-Epoche (1. Januar 1970) liegt. Dieses Problem wird in der Softwareentwicklung als Zählerüberlauf bezeichnet.

Ohne Gegenmaßnahmen könnten die wirtschaftlichen Auswirkungen mitunter schädlich sein, zumal im Banken- und Versicherungsumfeld Unix-Systeme neben Mainframes zur Standardausstattung gehören. Neben den Unix-Servern arbeiten viele eingebettete Systeme mit Unix-artigen Betriebssystemen, deren Einsatzzeit oft ein Vielfaches von Desktop- und Serversystemen beträgt (z. B. Router und elektronische Messgeräte). Eine zumindest verzögerte, auf Dauer aber notwendige Anpassung bzw. Modernisierung entsprechender Rechnersysteme in Unternehmen und Institutionen heutiger Zeit könnte die Ausfallwahrscheinlichkeit unter bestimmten Gesichtspunkten als eher gering erscheinen lassen – es ist z. B. generell im Interesse des Unternehmens, den Kundenwünschen zu entsprechen und so ggf. neuere digitale Dienstleistungen und Produkte zu erstellen und/oder weiter zu entwickeln.
Beispiel: Viele Banken (in Deutschland) bieten seit Jahren elektronische Mittel und Wege der Kontoführung an (siehe auch Online-Banking); die entsprechenden unternehmensseitigen Rechnersysteme müssen leistungsfähig genug sein, um den Ansprüchen moderner Kunden gerecht werden zu können.

Ein Beispiel für typische Jahr-2038-Fehler sind Transaktionen, deren Gültigkeit vom Zeitstempel des Ergebnisfeldes abgeleitet wird. Ist das Ergebnis nicht jünger als die Ausgangsdaten, so wird weiterhin auf ein gültiges Ergebnis gewartet oder die Transaktion irgendwann automatisch neu angestoßen. Am Stichtag des Jahr-2038-Problems werden allerdings sämtliche Ergebnisse den vermeintlichen Zeitstempel Dezember 1901 tragen, sind also immer älter als die Eingabedaten. Wartende Programme geraten so leicht in Endlosschleifen, was sich für den Endbenutzer in „hängenden“ Anwendungen äußern könnte.

Abhilfe[Bearbeiten]

Schon deutlich vor dem Jahr 2038 wird der Unixzeit-Zähler in den meisten Systemen voraussichtlich als 64-Bit-Zähler implementiert werden; in OpenBSD ist dies bereits erfolgt. Das hängt damit zusammen, dass die unixtypische C-Definition auf den Basistyp „long“ verweist.[3][4][5] Es hat sich bereits heute im Unixumfeld durchgesetzt, dass beim Übergang von 32-Bit- zu 64-Bit-Architekturen ebendieser Basistyp auf 64 Bit wechselt (technisch: Umstellung von ILP32 auf LP64-Modell), so dass Zeitstempel zumindest systemseitig als 64-Bit-time_t geliefert werden. Durch die 64-Bit-Umstellung kann der POSIX-Zeitstempel 292 Milliarden Jahre zuverlässig arbeiten, ohne dass es zu einem Überlauf kommt.

Dennoch reicht eine Umstellung auf neue 64-Bit-Prozessorarchitekturen (AMD64/EM64T, Itanium/IA-64, IBM Power 5, UltraSPARC, PA-RISC, MIPS) hier alleine nicht aus: Sie vereinfacht zwar die systemseitige Anpassung, macht jedoch die Durchforstung und Neu-Übersetzung aller Programme mit starrer 32-Bit-Formatierung nicht überflüssig. Nicht alle Programme sind bereits 64-Bit-tauglich, und es ist leicht möglich, dass vom System gelieferte 64-Bit-Zeitstempel fälschlicherweise als 32-Bit-Werte weiterverarbeitet werden und somit nur die niederwertigen 32 Bit abgefragt werden, welche dann losgelöst wiederum am 19. Januar 2038 den Wert −231 = 13. Dezember 1901 annehmen.

Eine andere Abhilfe ist die Umstellung der Programme vom Unixzeit-Zähler auf eine neue Zeitbasis; schon verbreitet ist etwa die Zählung von Millisekunden oder Mikrosekunden mit 64-Bit-Zählern (die nicht notwendigerweise eine 64-Bit-Architektur erfordern), insbesondere in eingebetteten Systemen mit Echtzeitanforderungen in dieser Größenordnung. Neuere Zeit-APIs verwenden immer eine größere Genauigkeit und Spannweite als die Unixzeit, beispielsweise Java System.currentTimeMillis (64-Bit-Millisekunden seit 1. Januar 1970) und .NET System.DateTime.Now.Ticks (64-Bit-10tel Mikrosekunden seit 1. Januar 0001). Die datenbankgestützten Transaktionen verwenden oft TIMESTAMP-Werte, die im Datenbankstandard SQL92 mit einer Genauigkeit in Mikrosekunden definiert sind (auch so zugreifbar in ODBC/JDBC) und deren Repräsentation in Datenbanken meist als Abstand zum Tageszähler (SQL DATE) erfolgt, wobei der Tageszähler auch in 32 Bit eine größere Spannweite besitzt (die zugrunde liegende Epoche des Tageszählers ist jedoch sehr verschieden). Sofern diese Datentypen für Zeitstempel im Programm durchgängig weiterverwendet werden, heben sich die Beschränkungen des Unixzeit-Zählers auf.

Eine weitere Abhilfemöglichkeit ist die Speicherung des Zeitstempels als Zeichenkette, so wie es z. B. gemäß ISO 8601 vorsieht oder SAP R/3 macht, z. B. "20140823142216". Diese bleiben bis zum 31.12.9999 23:59:59 von Jahr-Überlauf-Problemen verschont, sofern nicht die internen Operationen (z.B. zur Berechnung der Differenz zwischen zwei Zeitstempeln) diese in ein problematisches Binärformat umwandeln.

Literatur[Bearbeiten]

  • OpenBSD 5.5 mit 64-bittiger Systemzeit. in: c’t 2014, Heft 12, S.50

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Seconds Since The Epoch. Abgerufen am 16. Dezember 2010 (englisch).
  2. http://www.heise.de/ct/artikel/Prozessorgefluester-285204.html
  3. Linux Standard Base Core Specification 4.0. Abgerufen am 16. Dezember 2010 (englisch).
  4. man pages section 3: Library Interfaces and Headers. Abgerufen am 16. Dezember 2010 (englisch).
  5. HP-UX Reference Volume 5 of 5. types(5). Abgerufen am 16. Dezember 2010 (englisch).