面向二进制代码的软错误故障注入器设计与实现

由于芯片集成度的提高,软错误在现代计算机系统中变得越来越普遍.这些故障对高性能微处理器中的存储器和硬件设备的可靠性造成了重大挑战.设计一种基于PIN的工具来模拟软错误,可以在机器代码级实现硬件故障注入.故障注入器基于二进制插装,支持准确和低成本的故障注入.在典型的应用程序中进行了示范应用,通过模拟位翻转来分析程序对软错误的响应情况,根据实验结果分析了软错误对程序性能和精度的影响.研究表明,该程序对软错误反应明显,该注入器为未来的故障注入研究提供了一种有效的方法和手段.     

基于错误注入技术的Web服务可靠性测试研究

提出了一种使用网络层错误注入技术的修改版本对基于SOAP的Web服务进行可靠性测试的方法.通过将有意义的错误注入SOAP消息来测试Web服务交换的可靠性.本文还在分析Web服务错误模型的基础上给出了测试模型和测试工具框架.     

一种构件安全测试错误注入模型

构件特别是第三方构件的可靠性及安全性是影响构件技术发展的重要因素之一.目前在构件安全漏洞的测试方法和技术方面研究还不够深入.提出了一种构件安全测试错误注入模型FIM(faultinjection model of component security testing),并对FIM模型的相关定义及其矩阵形式进行了详细阐述,同时基于FIM模型给出了一种错误注入测试用例生成算法TGSM(test-case generating based onsolution matrix).TGSM算法根据矩阵形式的FIM模型生成满足K因素覆盖的解矩阵,解矩阵的所有行数据组成了错误注入测试用例.在研究项目CSTS(component security testing system)中实现了FIM模型,实验结果表明FIM生成的三因素覆盖错误注入测试用例效果显著,能用适当的测试用例触发绝大部分构件安全异常.FIM模型具有较好的可操作性及可用性.     

基于EAI和AOP的软件安全测试及应用研究

提高软件安全测试方法的易操作性和可复用性在软件工程中具有重要的研究意义.研究了一种用于测试软件安全的基于EAI模型(Environment Application Interaction Model)的软件错误注入测试方法,提出了基于面向方面编程(AOP)实现软件错误注入的安全测试模型(AOEAI)及其实现方法.对应用软件进行了实际测试,实验结果表明,该方法不仅是有效的,而且具有易操作性和可复用性强的特点.     

一种Web应用软件安全脆弱性测试模型

研究使用错误注入的方法进行web应用软件脆弱性测试的技术,提出环境与状态错误模型(EAS模型),并提出基于EAS模型的web应用软件安全性测试方法.使用EAS模型对来自OWASP的漏洞数据库进行了分类,并与使用EAI模型分类的结果做了对比.使用EAS模型测试了WEB应用软件PEGames,发现了其中的6个漏洞.实验表明,EAS模型具有良好的漏洞覆盖能力和漏洞揭示能力.     

一种基于EAI模型的错误注入测试方法

研究了基于EAI(Environment Application Interadion)模型软件错误注入测试方法,结合变异测试技术,提出了一种基于EAI模型的加权测试技术及其实现方法.对实际软件进行测试,实验结果表明,该方法有效并且可复用性强.     

基于库函数动态跟踪的Fuzzing测试方法

在分析库函数安全性的基础上,提出基于库函数动态跟踪的Fuzzing测试方法,通过动态跟踪目标程序对不安全库函数的调用,并在输入数据中搜索匹配函数调用参数,以此来准确定位错误注入点。设计并实现了基于该方法的测试工具,经过对漏洞软件测试的对比实验,验证了该方法的有效性和高效性。     

面向无人驾驶时空同步约束制导的安全强化学习

针对无人机（unmanned aerial vehicles, UAV）飞行控制系统的传感器注入攻击能够诱导无人机接受错误的传感器信号或数据,错误估计系统状态,从而威胁无人机的飞行安全. 当前针对无人机传感器注入攻击的在线检测和恢复方法存在检测精度不高、系统状态恢复缺乏持续性、控制模型精度及检测精度受无人机硬件算力限制的问题. 提出了一种基于轻量级机器学习模型的无人机传感器攻击在线检测和恢复方法（machine learning based runtime detection and recovery method against UAV sensor attacks, LDR）,利用机器学习模型对非线性反馈控制系统的表征能力相比线性模型更强的特点,构建各传感器对应的预测模型,对不同传感器对应的无人机系统状态进行准确预测,结合提出的缓解预测误差短时振荡的攻击检测算法,对GPS传感器攻击和陀螺仪读数攻击进行有效的检测和系统状态恢复. 实验结果表明,所提方法的开销满足飞控系统的实时性要求,具有高可靠性和预测有效性,对典型攻击的在线检测和恢复效果相比现有工作更好.

     

基于程序特征谱整数溢出错误定位技术研究

随着软件业的飞速发展,人们对软件质量的要求也越来越高.整数溢出错误以其高危性和隐蔽性成为影响软件安全性和可靠性的重要因素之一.如何准确定位整数溢出错误是软件安全领域研究的热点.论文改进了现有错误定位模型,构建了整数溢出错误定位模型INTRank.实验结果表明:基于INTRank模型的语句可疑度估计方法可以较为准确地计算语句可疑度,使得程序员能够按照基于语句可疑度的优先级顺序检查源代码,找出导致整数溢出错误的原因,同时本文方法具有较低的漏报率.     

基于指令分解的微处理器验证与RTL级错误定位

本文提出并实现了一种新的基于指令分解的微处理器验证与RTL级错误定位方法。该方法从指令集模拟器的模拟结果中将指令分解为功能单元上的操作序列,并且输入和输出数据。将该结果与RTL模型的模拟结果比较,使RTL级错误定位精确到功能单元级。相对于传统的方法,大大提高了效率。     

Emulation of Software Faults: A Field Data Study and a Practical Approach

The injection of faults has been widely used to evaluate fault tolerance mechanisms and to assess the impact of faults in computer systems. However, the injection of software faults is not as well understood as other classes of faults (e.g., hardware faults). In this paper, we analyze how software faults can be injected (emulated) in a source-code independent manner. We specifically address important emulation requirements such as fault representativeness and emulation accuracy. We start with the analysis of an extensive collection of real software faults. We observed that a large percentage of faults falls into well-defined classes and can be characterized in a very precise way, allowing accurate emulation of software faults through a small set of emulation operators. A new software fault injection technique (G-SWFIT) based on emulation operators derived from the field study is proposed. This technique consists of finding key programming structures at the machine code-level where high-level software faults can be emulated. The fault-emulation accuracy of this technique is shown. This work also includes a study on the key aspects that may impact the technique accuracy. The portability of the technique is also discussed and it is shown that a high degree of portability can be achieved     

基于故障确认的一体化测试性试验验证平台

针对目前测试性试验中缺乏有效的试验验证平台的现状, 创新性地提出了基于故障确认的一体化平台,具备装备功能性能测试、故障注入、测试性评估等功能。通过对测试性试验验证流程及步骤的论述,结合直接故障注入、等效故障注入、实际故障统计、测试性仿真分析等进行测试性综合评估,对一体化平台的硬件组成和软件框架进行了详细论述。最终将一体化平台应用于某型相控阵雷达的测试性评估试验,具有很强的工程推广价值。     

软错误评估中仿真故障注入平台的理论模型

提出了仿真故障注入系统的七元组描述的统一理论模型,指导用于软错误敏感性评估的仿真故障注入系统的设计与实现.结合七元组模型给出了仿真故障注入系统中关键部分的设计方法,包括实现自动化故障注入的一般方法、基于LL(k)语法分析技术的故障集生成方法、基于检查点恢复和分层抽样的仿真故障注入加速策略等.同时,以电路级软错误敏感性评估平台HSECT-SPI(HIT soft error characterization toolkit-spice based)为例讨论了七元组模型的可行性和有效性.     

Real-time computing platform for spiking neurons (RT-spike)

A computing platform is described for simulating arbitrary networks of spiking neurons in real time. A hybrid computing scheme is adopted that uses both software and hardware components to manage the tradeoff between flexibility and computational power; the neuron model is implemented in hardware and the network model and the learning are implemented in software. The incremental transition of the software components into hardware is supported. We focus on a spike response model (SRM) for a neuron where the synapses are modeled as input-driven conductances. The temporal dynamics of the synaptic integration process are modeled with a synaptic time constant that results in a gradual injection of charge. This type of model is computationally expensive and is not easily amenable to existing software-based event-driven approaches. As an alternative we have designed an efficient time-based computing architecture in hardware, where the different stages of the neuron model are processed in parallel. Further improvements occur by computing multiple neurons in parallel using multiple processing units. This design is tested using reconfigurable hardware and its scalability and performance evaluated. Our overall goal is to investigate biologically realistic models for the real-time control of robots operating within closed action-perception loops, and so we evaluate the performance of the system on simulating a model of the cerebellum where the emulation of the temporal dynamics of the synaptic integration process is important.     

AMPSC-TPA系统仿真和协议分析

AMPSC和TPA是3G通信中重要设备,它们作为一个纯硬件平台,需要一个软件平台来仿真它们之间的通信系统。分析了它们之间的通信协议,提出了针对AMPSC-TPA的通信模型以及数据通信的校验算法等,并在VC6．0以及Windows环境下,按照AMSPSC-TPA之间功能需求,设计和实现了AMPSC-TPA系统仿真。     

基于遥测数据分析的无人机故障诊断系统设计

传统无人机故障诊断系统故障传感器与故障算法间的逻辑变量存在差值,当故障点存在于传感器结构内部时,无法及时感知并反馈故障数据,导致系统软件部分分析算法分析异常,故障信号诊断准确性差,为此提出基于遥测数据分析的无人机故障诊断系统设计;引入遥测数据分析技术,建立基于遥测数据分析的故障信号诊断硬件,创建故障数据采集单元、故障数据调理单元、故障数据通信单元,并在三大硬件单元中分别采用M1401 8路模量数据采集卡、CY7C68013A-56PVXI多模数据分析处理器、EP3C16Q240C8N通信IC,配合外围器件,构建起基于遥测数据分析的无人机故障信号诊断平台;配合硬件性能,软件部分分别对故障信号诊断策略与算法进行了优化设计;通过实验数据表明:所设计系统对无人机软件故障信号的检测准确率为97.3%,硬件信号故障的检测准确率为98.6%,能够实现对故障信号的精准诊断,有效解决传统诊断系统存在的问题。     

基于多特征融合的工业气动调节阀快速自学习故障诊断方法

气动调节阀的复杂特性,使得通过建立精确数学模型来描述阀门故障较为困难,因而数据驱动技术在其故障诊断领域颇受关注.但现有商业化的调节阀其控制系统仅配置了相当有限的硬件设备,这对故障诊断模型和学习效率提出了更高的要求.为此,提出一种基于多特征融合的气动调节阀快速自学习故障诊断方法.首先,提出基于云模型(cloud model,CM)和动态内部主元分析(dynamic-inner principal component analysis,DiPCA)的特征信息融合方法,提高诊断模型的输入信息质量;其次,建立一种低差异随机配置网络,按照低差异序列以监督增量方式快速自主构造调节阀诊断模型,从而有效提高模型的学习效率和紧致性;最后,利用DAMADICS平台的实验数据验证所提出方法的快速性和准确性.     

一种可编程的通用存储器仿真测试系统

针对带微处理器数字电路的测试,提出了一种基于功能测试的可编程的通用存储器仿真测试系统,并对其硬件和软件系统的组成原理和功能作了详细的介绍,成功地实现了对电路板的功能检测和故障定位。     

基于固件的系统芯片协同验证平台

使用FPGA进行全系统仿真是验证基于平台设计的系统芯片(SoC)的有效手段,但FPGA原型验证一方面须等待硬件设计完成编码,另一方面FPGA全系统环境下的硬件设计错误定位耗时,验证周期较长.为更早展开系统级验证工作并缩短验证周期,提出一种基于固件的协同验证平台-FCVP.FCVP在FPGA上基于固件模拟待测硬件设计和系...     

BOAR: an advanced HW/SW coemulation environment for DSP system development

The BOAR emulation system is targeted to hardware/software (HW/SW) codevelopment of advanced embedded DSP and telecom systems. The challenge of the BOAR system is efficient customization of programmable hardware, and dedicated partitioning routine to target applications and structures, which allows quite high overall system performance. The system allows multiple configurations for communication between processors and field programmable gate arrays (FPGAs) making the BOAR system an efficient tool for real-time HW/SW coverification. The reprogrammable hardware of the emulation tool is based on four Xilinx 4000-series devices, two Texas TMS320C50 signal processors and one Motorola MC68302 microcontroller. With current devices the BOAR hardware provides approximately 40–70 kgates of logic capacity in DSP applications. The emulation capacity can be expanded by connecting several similar boards in chain. The system has also a versatile internal reprogrammable test environment for test bench development, performance evaluations and design debugging. The logic development environment is based on the Synopsys synthesis tools and an automatic design management software, which performs resource mapping and performance-driven design partitioning between FPGAs. The emulation hardware is currently connected to logic and software development environments via an RS-232C bus. The BOAR emulation system has been found a very efficient platform for real-life prototyping of different types of DSP algorithms and systems, and validating correct functionality of a VHDL macro library.