2038年問題
2038年問題(にせんさんじゅうはちねんもんだい)は、2038年1月19日3時14分7秒(UTC、以下同様)を過ぎると、コンピュータが誤動作する可能性があるとされる年問題。
コンピュータおよびコンピュータプログラムにおける時刻の表現として「UNIX時間」《協定世界時における1970年1月1日0時0分0秒からの経過秒数「ただし、うるう秒を無視して現在時刻から逆算した値を使用する」として運用されていることが専らである。》を採用しているシステムがある。
UNIXおよびUNIX派生のオペレーティングシステム (OS) における基幹ソフトウェア部品の多くはC言語で書かれているが、前述の経過秒数を表現する型は、現在の標準では、「time_t型」である。C言語の標準である「ISO/IEC 9899:1999」では、time_t型の範囲や精度はいずれも実装定義としている。UNIXの標準 (POSIX) には「shall be integer or real-floating types.」とのみ記述があり、ビット幅および値の範囲については何らの定めも無い。
伝統的な実装ではtime_tをintまたはlongのtypedefによる型エイリアス(別名)とし、その型は符号付き32ビット整数型であった。このため最大値は (231 − 1) = 2,147,483,647 となり、取り扱えるのは2,147,483,647秒(≒ 68年)までに限られていた。これを前提として作成されたプログラムは、協定世界時における1970年1月1日0時0分0秒(日本標準時では1970年1月1日9時0分0秒)から2,147,483,647秒を経過した、2038年1月19日3時14分7秒(日本標準時では2038年1月19日12時14分7秒、閏秒は考慮していない)を過ぎると、この値がオーバーフローしCではオーバーフロー発生時の動作は未定義。整数が2の補数でオーバーフローした値が負と扱われる場合、2038年1月19日3時14分7秒の次は1901年12月13日20時45分52秒となる。、もし時刻を正しく扱えていることを前提としたコードがあれば、誤動作する。
ある実装におけるtime_tの型を変更することだけであれば、プログラム中のたった1箇所 (typedef) を書き換えるだけであるが、実際の運用では、アプリケーションプログラムにおける時刻の扱い全てが正しくある必要がある。また、すでにあるデータ構造中で32ビット固定長として割り当てられていれば、問題が発生する。たとえば、Linuxのであるext2・ext3・ReiserFSのタイムスタンプは同日付までしか対応していない。
この期日以前でもプログラムで内部的にこの制限を超えた時刻データを扱おうとすれば同様のエラーが発生するため、たとえばちょうど半分を経過した2004年1月11日にはすでにATMの誤動作といったトラブルが発生した。この事例ではプログラム中のある時刻と別の時刻の中間の時刻を求めるような処理で、相加平均を単純に求める (t_1 + t_2) / 2 のような式を利用していたものとみられる計算機による計算においては、このような一見して何の変哲もない式によるバグは入力数値がある程度大きくならないと露呈しにくく、この問題に限らず普遍的なものであり、一般に注意を要する。。他にも顕在化していないトラブルが今後表面化するという可能性はあり得る。
以下のような理由により、2000年問題より深刻であるという指摘もある。
2000年問題はアプリケーションレベルでの修正が可能であったが、この問題は現在普及しているC言語処理系やOSのAPIといったシステムの深い層に潜む問題である。
「32ビットの符号付2進表現におけるラップアラウンド」という理由を理解するには、ある程度の専門知識を必要とするので、一般大衆、経営者、政治家などの理解と関心を得にくい可能性がある。
2000年問題のように暦年の変わり目というキリのよいときに地域の標準時に応じて順次に問題の時刻が世界を巡るのではなく、ごく中途半端な時刻に世界同時に一斉に問題の時刻が訪れるので、もし問題が生じた場合は対応するための人的資源の確保がより困難となる可能性がある。2000年問題のように、先駆けて世界全体でコンピュータシステムの事前更新が必要となってくる。
対策としては、time_t型を符号付き64ビット整数型(一般にはlong long int型)にするという方法がある。符号付き64ビット整数型の場合、上限は9223372036854775807(63 − 1)である。これを年数に変換するとおよそ西暦3000億年9223372036854775807 ÷ (602 × 24 × 365.2425) ≒ 2.9228e11年 ≒ 3000億年。これは太陽系の寿命よりもはるかに長い(太陽の白色矮星化は西暦68億年ごろ)。まで使用できるので、事実上問題が発生することはない。64ビット版のオペレーティングシステムや処理系では、time_t型は符号付き64ビット整数型で表されるようになってきている。UNIXベースのOSでは、64ビット版でtime_tも併せて64ビット化されることが多い。
何らかの事情によりtime_tを64ビット化できない環境に対しては、time_tを符号無し32ビット整数型(一般的にはunsigned long int型)にするという回避策が使われることもある。この場合、上限は4294967295(32 − 1)となり、2106年2月7日6時28分15秒(閏秒を考慮しない場合)まで表現可能になる。従って2038年問題は回避できるが、結局2106年には問題が発生するため、あくまで64ビット化が困難な環境に限って適用すべき方法とされる。
macOS (Mac OS X 10.0) ではNSDateクラスにて協定世界時の2001年1月1日0時ちょうどをエポックタイムとして刷新し、また経過時間の内部表現として倍精度浮動小数点数を用いるようになったため、これらを使用している限り、2038年については問題を回避できる。なお、macOS Mojaveは32ビットアプリケーションを動作させることのできる最後のバージョンとなり、macOS Catalinaでは起動することができなくなった。
32ビット版のMicrosoft Windows (Win32) では内部時刻の表現に64ビット化されたFILETIME構造体を使っており、time_tを使っているわけではない。そのため、Windows OS側に関しては、旧OSに関する一部のケースを除き、32ビット版であっても2038年問題は発生しない。ただし、Microsoft C/C++ (MS-C) および古いバージョンのMicrosoft Visual C++ (MSVC) においては、time_tは32ビットのlong intを使って定義されていたため、これらの古い処理系のC/C++ランタイムライブラリ (CRT) を利用して構築されたアプリケーションソフトウェアやDLLなどは、2038年問題を抱えていることになる。x64アーキテクチャの64ビット版Windows OS上ではWOW64サブシステムによりx86アーキテクチャ向けに構築された32ビットアプリケーションも動作させることができるが、古い32ビットアプリケーションにおける2038年問題は、たとえWindows OSを64ビット版に入れ替えたとしても回避することはできない。Microsoft Visual C++ 2005以降では、既定でtime_tは__time64_tと等しく、32ビットアプリケーションであってもtime_tは64ビット化されるため、古いアプリケーションを新しい処理系およびランタイムで構築し直せば2038年問題を回避できる。
時刻aと時刻bのちょうど中間の時刻を求める時、それぞれのUnixタイムをTaとTbとして、(Ta+Tb)/2 と計算すると、2038年問題の半分以降が経過していればTa+Tbの計算でオーバーフローし、誤った結果となる。これは1073741824目で、2004年1月10日13時37分4秒以降がこの場合に相当する。2004年1月10日あるいは11日に、この事例と推察される報告があった。
2001年9月9日問題は、2001年9月9日にtime_t型の値が9億秒から10億秒と桁が増えることに伴う問題。time_t型の値を文字列(辞書順)でソートしていたことで、「9億 > 10億」と判断され、項目の新旧が正しく判断されず、新しく作られた項目が表示されない、古いものとみなされ削除されるなどの問題が発生した。
NTPなど、1900年1月1日からの積算秒数で時間を表現するシステムもあり、符号なし32ビットの値が2036年2月7日6時28分15秒 (UTC) を超えるとオーバーフローすることによって問題が発生する(→2036年問題)。SNTPv4を定めた4330には、最上位ビットが0の場合は時刻が2036年から2104年の間であるとみなして、2036年2月7日6時28分16秒 (UTC) を起点として計算することで2036年問題を回避する方法が書かれている。
2038年4月23日問題 - ユリウス通日を内部日付表現に用いる物のうち、基準日(グレゴリオ暦1858年11月17日正午)からの修正ユリウス日(MJD)を使用し、かつ16ビットで処理しているシステムでは、日数が16ビットからあふれるために問題が起こる。
2038年11月21日問題 - GPSは内部処理で週数を10ビットで管理しており、起点である1980年1月6日から3072週後にあふれて0に戻る。(10ビットでは3回目)