CN111525972B - 一种基于二次多项式的时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二次多项式的时间同步方法，包括客户端、服务器端两部分，具体实现方法如下：首先，本方法为客户端与服务器端定义若干种状态，在进行时间同步时，根据不同状态发送不同数据包；其次，客户端无法直接从服务器获取明文的时间数据，需要对时间数据进行特定公式的计算才可以获得时间信息；最终，客户端根据获得的时间信息与服务器端进行时间同步。本方法在时间同步过程中，不使用明文时间数据进行传输，增加了服务器端的信息安全，并且服务器端与客户端进行时间数据封装与解析时，使用二次多项式的方法，避免复杂的加密解密过程，降低服务器端与客户端的性能功耗。

Description

一种基于二次多项式的时间同步方法
技术领域
本发明涉及计算机时间同步技术领域，具体是一种基于二次多项式的时间同步方法。
背景技术
目前，在计算机领域时间同步绝大部分使用网络时间协议(NTP)，该协议可以提供高精准度的时间校正，但是该协议在时间同步过程中，使用明文数据进行传输校对，这会大大降低服务器安全性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于二次多项式的时间同步方法，有效提高了在时间同步时服务器数据传输的安全性。
本发明是以如下技术方案实现的:一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于：包括客户端、服务器端两部分；
首先，为客户端与服务器端定义若干种状态，在进行时间同步时，根据不同状态发送不同数据包；
其次，客户端无法直接从服务器获取明文的时间数据，需要对时间数据进行二次多项式计算可以获得时间信息；
最终，客户端根据获得的时间信息与服务器端进行时间同步。
优选的，客户端有5种状态，分别是：Down状态、Init状态、Active状态、Exchange状态、Full状态；具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：客户端尚未开启的时间同步协议；
(2)Init状态：客户端开启的时间同步协议，在该状态下，客户端主动向服务器端发送时间同步请求；
(3)Active状态：当客户端在Init状态下，接收到服务器端返回的Ready包时，客户端从Init状态变为该状态，若接收到服务器端返回的Wait包，客户端状态不发生改变，仍为Init状态；
(4)Exchange状态：当客户端在Active状态下，向服务器端发送日期请求Request-Date包时，客户端变为该状态，在该状态下，客户端接收到服务器返回的Offer-Date包后，再次向服务器发送时间请求Request-Time包，服务器端接收到Request-Time包后，返回Offer-Time包给客户端；
(5)Full状态：当客户端成功获取到日期与时间数据后，通过特定公式计算出时间，并同步完成后，进入该状态，在该状态下，表示客户端已经与服务器时间同步完成，默认30分钟后客户端重新进入Init状态并重新进行时间同步。
优选的，服务器端有3种状态，分别是：Down状态、Ready状态、Exchange状态；具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：服务器端尚未开启本发明的时间同步协议；
(2)Ready状态：服务器端开启本发明的时间同步协议，在该状态下，表示服务器端可以进行时间同步，若接收到客户端发送的Hello包，则会回复Ready包；
(3)Exchange状态：当服务器端在Ready状态下，回复过Ready包后，进入该状态，在该状态下，若服务器端收到客户端发送的Request-Date包与Request-Time包，会回复对应的Offer-Date包与Offer-Time包，若收到客户端发送的Hello包，则会回复Wait包，若对应一组Offer-Date包与Offer-Time包发送完毕后，则服务器端变回Ready状态。
优选的，各种状态中，其数据包格式如下:
(1)Hello包：数据包类型-固定值01代表本包类型、源IP地址、目标IP地址；
(2)Ready包：数据包类型-固定值02代表本包类型、状态类型(固定值ready)、源IP地址、目标IP地址；
(3)Wait包：数据包类型-固定值03代表本包类型、状态类型(固定值wait)、说明、源IP地址、目标IP地址；
(4)Request-Date包：数据包类型-固定值04代表本包类型、请求日期字段、源IP地址、目标IP地址；
(5)Offer-Date包：数据包类型-固定值05代表本包类型、源IP地址、目标IP地址、日期数据；
(6)Request-Time包：数据包类型-固定值06代表本包类型、请求时间字段、源IP地址、目标IP地址；
(7)Offer-Time包：数据包类型-固定值07代表本包类型、源IP地址、目标IP地址、时间数据。
优选的，日期同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝ax2+bx+c来进行对日期数据的封装，其中a表示年份，b表示月份，c表示日，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Date包中的日期数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到a、b、c，即年、月、日。
优选的，时间同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝mx2+nx+q来进行对时间数据的封装，其中m表示小时，n表示分钟，q表示秒，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Time包中的时间数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到m、n、q，即时、分、秒。
与已有技术方案相比，本发明的有益效果：
(1)在时间同步过程中，不使用明文时间数据进行传输，增加了服务器端的信息安全；
(2)服务器端与客户端进行时间数据封装与解析时，使用二次多项式的方法，避免复杂的加密解密过程，降低服务器端与客户端的性能功耗。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明中客户端状态示意图；
图3为本发明中服务器端状态示意图；
图4为本发明中Hello包格式示意图；
图5为本发明中Ready包格式示意图；
图6为本发明中Wait包格式示意图；
图7为本发明中Request-Date包格式示意图；
图8为本发明中Offer-Date包格式示意图；
图9为本发明中Request-Time包格式示意图；
图10为本发明中Offer-Time包格式示意图。
具体实施方式
如图1所示一种基于二次多项式的时间同步方法及其通信协议，包括客户端、服务器端两部分，具体实现方法如下：首先，本方法为客户端与服务器端定义若干种状态，在进行时间同步时，根据不同状态发送不同数据包。其次，客户端无法直接从服务器获取明文的时间数据，需要对时间数据进行特定公式的计算才可以获得时间信息。最终，客户端根据获得的时间信息与服务器端进行时间同步。
如图2所示，本发明中客户端有5种状态，客户端有5种状态，分别是：Down状态、Init状态、Active状态、Exchange状态、Full状态，具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：客户端尚未开启的时间同步协议；
(2)Init状态：客户端开启的时间同步协议，在该状态下，客户端主动向服务器端发送时间同步请求；默认每10秒向服务器发送一次Hello包；
(3)Active状态：当客户端在Init状态下，接收到服务器端返回的Ready包时，客户端从Init状态变为该状态，若接收到服务器端返回的Wait包，客户端状态不发生改变，仍为Init状态；
(4)Exchange状态：当客户端在Active状态下，向服务器端发送日期请求Request-Date包时，客户端变为该状态，在该状态下，客户端接收到服务器返回的Offer-Date包后，再次向服务器发送时间请求Request-Time包，服务器端接收到Request-Time包后，返回Offer-Time包给客户端；
(5)Full状态：当客户端成功获取到日期与时间数据后，通过特定公式计算出时间，并同步完成后，进入该状态，在该状态下，表示客户端已经与服务器时间同步完成，默认30分钟后客户端重新进入Init状态并重新进行时间同步。如图3所示，服务器端有3种状态，分别是：Down状态、Ready状态、Exchange状态；具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：服务器端尚未开启本发明的时间同步协议；
(2)Ready状态：服务器端开启本发明的时间同步协议，在该状态下，表示服务器端可以进行时间同步，若接收到客户端发送的Hello包，则会回复Ready包；
(3)Exchange状态：当服务器端在Ready状态下，回复过Ready包后，进入该状态，在该状态下，若服务器端收到客户端发送的Request-Date包与Request-Time包，会回复对应的Offer-Date包与Offer-Time包，若收到客户端发送的Hello包，则会回复Wait包，若对应一组Offer-Date包与Offer-Time包发送完毕后，则服务器端变回Ready状态。
如图4-10所示，本发明中上述状态中，数据包格式如下：
(1)Hello包：数据包类型(固定值01代表本包类型)、源IP地址、目标IP地址；
(2)Ready包：数据包类型(固定值02代表本包类型)、状态类型(固定值ready)、源IP地址、目标IP地址；
(3)Wait包：数据包类型(固定值03代表本包类型)、状态类型(固定值wait)、说明、源IP地址、目标IP地址；
(4)Request-Date包：数据包类型(固定值04代表本包类型)、请求日期字段、源IP地址、目标IP地址；
(5)Offer-Date包：数据包类型(固定值05代表本包类型)、源IP地址、目标IP地址、日期数据(3组(x，y)形式的数据)；
(6)Request-Time包：数据包类型(固定值06代表本包类型)、请求时间字段、源IP地址、目标IP地址；
(7)Offer-Time包：数据包类型(固定值07代表本包类型)、源IP地址、目标IP地址、时间数据(3组(x，y)形式的数据)。
日期同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝ax2+bx+c来进行对日期数据的封装，其中a表示年份，b表示月份，c表示日，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Date包中的日期数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到a、b、c，即年、月、日。
例如，若日期为2019年12月25日，则公式为y＝2019x2+12x+25，随机3个x值，分别为x＝1、x＝2、x＝3，带入公式中计算，可得到y＝2056、y＝8125、y＝18232，服务器端将x值与y值进行封装为(1，2056)(2，8125)(3，18232)，放入Offer-Date包中的日期数据字段返回给客户端，客户端按照格式进行解析，将x值y值带入公式中，通过计算，可以得到a＝2019、b＝12、c＝25，即得到日期数据2019年12月25日。
时间同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝mx2+nx+q来进行对时间数据的封装，其中m表示小时，n表示分钟，q表示秒，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Time包中的时间数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到m、n、q，即时、分、秒。
例如，若时间为13点36分18秒，则公式为y＝13x2+36x+18，随机3个x值，分别为x＝1、x＝2、x＝3，带入公式中计算，可得到y＝67、y＝142、y＝243，服务器端将x值与y值进行封装为(1，67)(2，142)(3，243)，放入Offer-Time包中的时间数据字段返回给客户端，客户端按照格式进行解析，将x值y值带入公式中，通过计算，可以得到m＝13、n＝36、q＝18，即得到时间数据13点36分18秒。
由上述技术方案可知，本方法在时间同步过程中，不使用明文时间数据进行传输，增加了服务器端的信息安全，并且服务器端与客户端进行时间数据封装与解析时，使用二次多项式的方法，避免复杂的加密解密过程，降低服务器端与客户端的性能功耗。

Claims (5)

1.一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于：包括客户端、服务器端两部分；
首先，为客户端与服务器端定义若干种状态，在进行时间同步时，根据不同状态发送不同数据包；
其次，客户端无法直接从服务器获取明文的时间数据，需要对时间数据进行二次多项式计算可以获得时间信息；
最终，客户端根据获得的时间信息与服务器端进行时间同步；
客户端有5种状态，分别是：Down状态、Init状态、Active状态、Exchange状态、Full状态；具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：客户端尚未开启的时间同步协议；
(2)Init状态：客户端开启的时间同步协议，在该状态下，客户端主动向服务器端发送时间同步请求；
(3)Active状态：当客户端在Init状态下，接收到服务器端返回的Ready包时，客户端从Init状态变为该状态，若接收到服务器端返回的Wait包，客户端状态不发生改变，仍为Init状态；
(4)Exchange状态：当客户端在Active状态下，向服务器端发送日期请求Request-Date包时，客户端变为该状态，在该状态下，客户端接收到服务器返回的Offer-Date包后，再次向服务器发送时间请求Request-Time包，服务器端接收到Request-Time包后，返回Offer-Time包给客户端；
(5)Full状态：当客户端成功获取到日期与时间数据后，通过特定公式计算出时间，并同步完成后，进入该状态，在该状态下，表示客户端已经与服务器时间同步完成，默认30分钟后客户端重新进入Init状态并重新进行时间同步。
2.根据权利要求1所述的一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于：服务器端有3种状态，分别是：Down状态、Ready状态、Exchange状态；具体每种状态设计如下：
(1)Down状态：服务器端尚未开启时间同步协议；
(2)Ready状态：服务器端开启时间同步协议，在该状态下，表示服务器端可以进行时间同步，若接收到客户端发送的Hello包，则会回复Ready包；
(3)Exchange状态：当服务器端在Ready状态下，回复过Ready包后，进入该状态，在该状态下，若服务器端收到客户端发送的Request-Date包与Request-Time包，会回复对应的Offer-Date包与Offer-Time包，若收到客户端发送的Hello包，则会回复Wait包，若对应一组Offer-Date包与Offer-Time包发送完毕后，则服务器端变回Ready状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于：各种状态中，其数据包格式如下:
(1)Hello包：数据包类型-固定值01代表本包类型、源IP地址、目标IP地址；
(2)Ready包：数据包类型-固定值02代表本包类型、状态类型、源IP地址、目标IP地址；
(3)Wait包：数据包类型-固定值03代表本包类型、状态类型、说明、源IP地址、目标IP地址；
(4)Request-Date包：数据包类型-固定值04代表本包类型、请求日期字段、源IP地址、目标IP地址；
(5)Offer-Date包：数据包类型-固定值05代表本包类型、源IP地址、目标IP地址、日期数据；
(6)Request-Time包：数据包类型-固定值06代表本包类型、请求时间字段、源IP地址、目标IP地址；
(7)Offer-Time包：数据包类型-固定值07代表本包类型、源IP地址、目标IP地址、时间数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于：日期同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝ax2+bx+c来进行对日期数据的封装，其中a表示年份，b表示月份，c表示日，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Date包中的日期数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到a、b、c，即年、月、日。
5.根据权利要求1所述的一种基于二次多项式的时间同步方法，其特征在于:时间同步计算方法如下：
服务器端利用二次多项式y＝mx2+nx+q来进行对时间数据的封装，其中
m表示小时，n表示分钟，q表示秒，分别随机3个x值，根据公式分别计算出y值，根据x值与y值以(x，y)的形式放入Offer-Time包中的时间数据字段返回给客户端，客户端接收到3组(x，y)后，分别将x值与y值带入公式中，通过计算，可以得到m、n、q，即时、分、秒。
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