文字版傻瓜说明:为什么 iPhone 时间调到 1970 年会变砖

你或许已经得知,在 iPhone 5s 以上的 64 位 iOS 设备上,把时间调整到 1970 年 1 月 1 日,甚至 1970 年的任何时间,都会直接让 iPhone 变砖……

希望你不是通过亲自尝试才了解到的……

事实上,你不需要特别深入的计算机知识,就可以明白为什么 iPhone 将时间调到 1970 年会变砖:

拥有丰富的 iOS 和 Mac 设备 Bug 研究经验的技术人士 Tom Scott 认为,这是 iOS 系统背后的 UNIX 时间戳的整数下溢(Unix Epoch Integer Underflow)所导致的问题。

为此,我们撰写了一份文字版的傻瓜说明,告诉你为什么 iPhone 时间调到 1970 年会变砖。


UNIX 时间

 

UNIX 时间是当年的计算机工程师们为了在系统中更加清楚明了表达时间,所引入的一个设定。

正常人表达时间是这样的:2016 年 2 月 17 日 下午 12:54:41 

UNIX 系统表达时间是这样的:1455684881

你可能会问:为什么计算机不能像正常人那样表达时间呢?

如果你学过中学地理可能会明白,由于全世界有 24 个时区,每个时区在同一时刻的时间都不一样,结果导致如果计算机系统像人一样记录时间将会异常的复杂,导致各种各样的故障。因此,你也可以理解为,UNIX 程序员们为了省事儿,开发了一个小程序……在这个程序的基础上,UNIX 系统再通过你的电脑或手机所处的地理位置计算时区,告诉你正确的时间。

具体来说,协调世界时 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒被设定为 UNIX 时间的“零时”。上面那组数字的意义:现在距离 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒,过了多少秒。

这个系统一直沿用至今。

明白 UNIX 时间,继续往下讲你就能明白了。


二进制、位元系统、整数溢出和整数下溢

 

看上去超级复杂的四个词……但别着急,一步一步看你就能看懂。

计算机,包括 PC、手机等等,采用二进制(0 和 1 )来表达一切,因为这意味着计算芯片上每一个晶体管的两个状态:关和开。所有调到 1970 年而变砖的 iOS 设备都是 64 位的。这意味着,这台设备最多可以储存处理 64 个二进制位元,也就是 64 个 0 或 1。

举个例子:我在写到这篇文章的这一段的时候,查了一下当前的时间:

东八区 2016 年 2 月 17 日 下午 12:04:51

然后我拿这个时间到 UNIX 时间转换器里转换了一下,得到:

1455681891

再用十进制转二进制,得到:

01010110110000111111000101100011,

你能看到这段二进制数是 32 位的——32 个 0 或 1。这是因为,直到 2038 年 1 月 19 日的凌晨 3 时 14 分之前,我们的时间在计算机里都可以用 32 位的 UNIX 时间系统,也就是 32 个 0 或 1 来表示。(为什么?请延伸阅读:2038年问题

数位太多可能观察起来有点复杂,不如我们找一个 2 位的系统来说明一下。等号前面是二位数,等号后面是十位:

00 = 0

01 = 1

10 = 2

11 = 3

这意味着一个 2 位的系统最高能计的整数是 3,这个数字在计算机学里叫做“二进制寄存器宽度”。

再找一个 4 位的系统:

0000 = 0, 0001 = 1, 0010 = 2, 0011 = 3, 0100 = 4, 0101 = 5….

以此类推,1111 = 15

一个 4 位 系统最高能计的整数,也即其二进制寄存器宽度是 15。(更方面计算二进制寄存器宽度的公式为 2 的 n 次方 – 1,其中 n 等于系统的位数。)

现在你明白计算机系统的位元系统了!那么整数溢出是怎么回事?

如果你在一个 2 位的系统上尝试计十进制的“4”,会发现系统从“3”的 11 变回了 00;同理,如果你在一个 4 位的系统上尝试计十进制的“16”,会发现系统变回了 0000,这便是“整数溢出”。

再同理,如果你在一个 4 位的系统上尝试计负数,比如 -1 的话,系统会从 0000 跳到 1111,也就是十进制的“15”。这是因为这个整数格式不支持负数,也就是我们讨论的“整数下溢”。

Tom Scott 用电脑游戏《文明》初代里的甘地来解释这个不算 bug 的 bug:游戏初始时,印度执政者甘地的进攻值只有 1(准确反映了现实世界里甘地的“非暴力”哲学思想)。然而在游戏进行中如果不断降低甘地的进攻值,降低到 0 ,进而降低到 0 以下的话,整数系统就乱了,导致甘地的实际进攻值突然被提到最高——这是因为《文明》的系统里采用的整数格式遇到了“整数下溢”……


这么傻帽的问题为什么解决不了?

 

事实上,已经解决了……

UNIX 整数格式的确有允许负数存在的版本,然而苹果凑巧目前没有在 64 位 iOS 设备的 UNIX 时间系统里采用这个版本,也就遇到了 1970 年的变砖 Bug……

随便抓起手边任何一个智能设备(比如你的 64 位 iPhone),尝试把系统时间往最早调(千万别真的调),你会发现绝大多数的最早时间限制都在 1970 年 1 月 1 日。正如前面第一个小章节提到的,这是 UNIX 时间的起点,也是你的 iPhone 能够正确显示的最早时间。

day-freeze-bug

系统时间调到 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒,这个操作从计算机原理上本身不会直接导致你的 iPhone 变砖。可一旦你的手机里存储了之前的短信、电子邮件,或者已经过期的日历项,这会导致系统在追溯时间时最终定位到了一个比 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒更早的时间。

这样,你的 iPhone 的 UNIX 时间变成了一个负整数——也就是在二进制数 64 个 0 的基础上,发生了一次整数下溢。从 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 变成了 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111。

接下来,iPhone 会发现你老婆一秒钟前给你发来的短信,发生在二进制 64 个 1 所代表的 UNIX 时间中。换算成人类的时间,也就是 292277026596 年 12 月 4 日 15 时 30 分 6 秒。

可能由于苹果公司 iPhone 在设计的时候根本没想过这台设备能在大约 8000 年以后开机,也就显示不了超过五位数的年份,更别提一个十二位数的年份了。

因此,你的 iPhone,就这样变砖了。换句话说,你的 iPhone,跪倒在永生的宇宙万物面前了。

订阅更多文章