一种针对FPGA位流的自动化故障注入分析方法

理论上通过篡改FPGA位流,利用其实现的密码算法的错误输出可以分析出密钥,但这种攻击通常需要非常了解目标FPGA的内部结构与位流的对应关系。而位流逆向的难度很大,导致此类攻击的实用性不高。文章提出一种针对FPGA位流的自动化故障注入分析方法,不需要逆向位流,结合张帆等人提出的持久性故障分析理论,把因篡改算法常量导致的出错结果作为可利用的故障。并首次在Xilinx-7系列FPGA开发板上利用Spider进行电压故障注入实验,480条错误密文就可以得到AES-128的密钥,且在10 min内可以完成数据的采集和分析。对于加密位流的情况,可以先利用电磁侧信道分析方法得到明文位流,再结合该文的分析方法来进行密钥破解。

基于总线故障注入的卫星热控自主管理软件测试方案

针对卫星热控分系统设计的新状态,梳理了热控自主管理软件中多点控温功能、跟踪控温功能及热敏电阻故障处理功能的测试需求,提出了基于总线故障注入的热控自主管理软件测试方案。该方案通过将故障注入设备接入卫星数据总线的方式仿真总线遥测,验证热控自主管理软件处理结果的正确性。与现有基于热敏电阻等效器的测试方案相比,该方案能够在保证测试有效性的同时简化所需地面测试设备及电缆,提升工作效率。文章给出了测试方案步骤,可为卫星自主管理软件测试提供参考。

具有故障概率分析功能的故障注入攻击平台的设计与应用

针对故障攻击中数据需求量大、方法可移植性不强、抗噪性不强、计算复杂度高等问题,设计了一套具有故障概率分析功能的故障注入攻击平台。该平台由攻击目标、故障注入控制器、示波器监控模块和数据采集处理模块构成。利用该平台以MCU密码靶为攻击对象,开展了故障注入攻击教学与探索性实验。借助该平台展示各型故障注入攻击的密钥恢复过程,可以使学生更好地掌握故障攻击、泄漏测量和评估技术,培养学生的实践动手能力及知识综合运用能力。

基于FPGA的弹箭多种通讯总线故障注入和自动诊断系统的设计与实现

在弹箭研制过程中需要对弹箭制导控制部件进行故障注入,模拟弹上总线通讯故障,进行研究性测试;对总线通讯质量进行测试验证,提出一种面向弹箭的多种类型总线故障注入和自动诊断系统;故障注入板卡为制导控制部件提供多种类型总线信号的物理层的断路故障注入、短路故障注入、串行阻抗故障注入、并行阻抗故障注入;设计了基于FPGA的体系架构,构建了测试系统;论述了故障注入、诊断系统的工作原理、系统体架构和硬件设计、并阐述了故障注入、故障诊断方法实现;试验表明该诊断系统通过故障注入,能够模拟物理线路中的一些故障,对系统的稳定性和鲁棒性进行检测;对弹箭联试测试过程中的总线通讯自动全面评价,并给出定量测试分析结果的诊断报告。

一种抗电磁故障注入攻击的电源端口布局优化方法

电磁故障注入已成为威胁集成电路安全的一种有效故障注入攻击技术。现有研究表明,电磁故障注入攻击通过在集成电路配电网络上感应寄生电流来干扰电路的内部状态。对电磁故障注入攻击下配电网络的有限元分析发现,感应电流会增加电源网络的压降,导致电路故障。为了解决这一问题,本文提出了一种电源端口布局优化方法,以减小感应电流的影响。实验结果表明,通过优化电源端口的位置可以将最差的压降降低40%,增强了电源网络的鲁棒性。

某飞行指挥仿真系统中故障注入模块的实现

论文采用软硬件结合的方式,通过对飞行模拟器设备的物理层、电气层、链路层的故障注入,从而实现包含RS232、RS422、ARINC429、模拟量、数字量等多种类型信号的短路、断路、并行阻抗、串行阻抗、信号幅度调节、信号延迟、速率调整等不同命令的注入。经过某飞行指挥仿真系统验证设备的调试验证,实现了对其信号源、执行机构、余度间的故障注入,证明了该故障注入模块能够有效验证某飞行指挥仿真系统的工作与故障处理能力。

嵌入式软件测试的故障注入方法研究

针对目前软件测试过程中难以有效获得故障现场信息的问题,提出了一种嵌入式软件测试的故障注入方法。首先通过嵌入式软件建立详细级失效模式及影响分析,建立软件故障测试用例库;然后利用telnet工具、Shell工具、串口工具向目标系统键入一些特定的指令,完成向目标系统的动态故障注入,或者在软件源代码中满足时间、状态或路径触发条件时通知监控器,监控器通过匹配当前的触发条件向目标系统注入相应的故障;最后对故障运行前后的测试结果进行分析和评估。

GEA 71电气层故障注入设备设计

作为飞机中处理各种信息的“大脑”,航电系统是极为关键的系统组件。航电系统在各种数据总线的帮助下将多个航线可更换单元LRU交联起来,各LRU能够相对独立地实现系统的部分功能,但又不是完全独立的,系统的许多功能需要多个LRU协作才能完成。

基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法

针对轴向柱塞泵传统单一领域建模方法存在的建模困难、仿真精度低以及故障诊断所需故障样本不足的问题,开展基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法。利用Simscape构建轴向柱塞泵多领域耦合模型,并对柱塞泄漏、主轴轴承磨损以及组合故障3种常见的故障进行模拟,再通过故障注入技术和MATLAB快速重启功能获取多种工况、不同故障程度下的压力和流量数据;随后从时域和频域对故障数据进行特征提取,同时利用单因素方差分析对故障特征进行选择;最后利用得到的特征对K邻近、朴素贝叶斯、决策树、神经网络、支持向量机等5种故障诊断算法进行训练,得到故障诊断准确率最高的算法,其平均诊断准确率为98.5%。该方法提高了轴向柱塞泵多领域耦合建模的精确性,实现了对轴向柱塞泵的有效故障诊断。

基于FC故障注入的显控系统容错设计健壮性分析

本文对综合显示控制系统基于FC故障注入的容错设计的健壮性进行分析,使用故障注入设备通过FC总线向综合显示控制系统注入十种故障模式,统计视频处理单元的在线状态以及屏幕切换功能的完整性以进行健壮性分析,进而挖掘系统FC总线设计的薄弱环节,最终给出提高系统设计可靠性水平的建议。

利用整帧翻转的SRAM型FPGA故障注入加速算法

不可恢复异常比特位(unrecoverable-sensitive bits,UR-SB)不能通过定时刷新修复,会造成卫星载荷在轨服务的长时间中断,是地面故障注入试验需要着重评估和改善的。但UR-SB占比极低,若采用传统逐位翻转故障注入方法,其测试耗时太长,效率极低。提出了一种基于整帧翻转的静态随机存取存储器型现场可编程门阵列的故障注入加速算法,其通过整帧翻转能够快速筛除不存在UR-SB的配置帧,并进一步用二分法对存在UR-SB的配置帧进行快速搜索,有效加速了UR-SB的精确定位过程。以在轨常用XQR2V3000器件为例,理论分析在较差情况下测试效率可提升207倍,信号生成载荷实测结果最高可提升949倍,理论分析和实测结果均验证了所提加速算法的有效性。

基于等效故障注入试验的列车风源系统故障影响规律与分析

为获取列车风源系统故障诊断所需特征参量及故障影响规律,针对部分故障模式不可注入或注入具有破坏性等问题,阐述了风源系统的构成原理和故障模式,提出了等效故障模型设计方法及等效故障注入流程,基于等效故障注入试验研究了5种典型故障模式在不同故障程度下的影响规律并分析了故障原因。研究结果表明:等效故障注入试验可以在不对风源系统造成破坏的情况下再现供气不足、油温高以及压缩机不加载3类典型故障现象,且不同故障模式的影响规律和特征参量不同。进气过滤器严重堵塞时总风压力不足740 kPa,造成供气不足现象;温控阀严重卡滞时最高喷油温度和机头排气温度分别较正常值增加了约20℃和17℃,冷却油流量最大减小了约14 L/min;冷却器积灰引起冷却效果下降,环境温度分别为20℃、35℃和50℃时,最大下降约3℃;油严重泄漏时喷油流量高出正常值约19 L/min,机头排气温度最高可达105℃,造成油温高现象;卸荷电磁阀卡滞造成开度为25%~100%时总风压力只有690 kPa,造成供气不足现象,开度为0时空压机第一次正常工作并停机后无法重新启动,造成压缩机不加载现象。研究结果为基于温度、压力等多传感器数据的故障诊断算法设计以及智能风源系统传感器布局提供了参考。

通信芯片电压故障注入测试与功能安全评估方法

芯片是现代信息技术的核心和基础,芯片的功能安全在确保电子技术的可靠性方面发挥着重要作用.本研究以CAN通信芯片为对象,提出了一种基于电压故障注入的芯片功能安全评估方法.通过基于原型系统的自动化硬件故障注入测试,并结合自动触发信号与控制模块的设计,完善了目前CAN芯片安全性测试技术和功能实现上的不足.另外,基于该CAN芯片测试结果,提出了芯片对故障因素敏感的功能安全评估依据.结果表明,该电路通信芯片的某些管脚对标准工作电压范围下输入电压的幅值、脉宽和延迟毛刺较敏感.测试电路系统能够自动实现1.5~5.5 V大范围工作电压下的随机错误注入,以及错误要素敏感度分析,为提高通信芯片安全性提供更高效的评估依据.

基于8051 IP核的单粒子翻转故障注入与仿真方法

太空中的单粒子效应会对电子器件造成损伤,地面模拟是评估器件抗辐射性能的有效途径。现有的模拟方法大多是基于器件的物理底层模型进行电流源脉冲故障注入,不适用于百万门级大规模集成电路(very large scale integration,VLSI)。针对该问题,提出了一种从器件高层行为模型注入单粒子翻转故障的方法,并基于8051 IP核进行了单粒子一位翻转和连续两位翻转的仿真和实验比较。研究结果表明,单粒子翻转故障可直接注入到器件的高层来评估系统的抗单粒子性能。

一种基于半实物仿真平台的卫星故障注入测试研究

随着空间卫星技术的不断发展,卫星的故障预测和健康管理系统已经成为保障卫星正常运行的关键环节。本文介绍了卫星运行的半实物仿真平台的组成和工作流程,同时根据卫星部件不同的故障类型,在仿真平台中以星敏感器和反作用飞轮为例进行故障模拟输入,实现对卫星部件工作状态的管理和故障诊断。仿真结果表明,该半实物仿真平台能够完成卫星部件的故障注入及故障诊断。

故障注入在智能网络管控系统测试中的应用研究

智能网络管控系统是基于云计算环境的应用软件,该系统可以实现全局网络设备的集中管理、控制和分析。为了保证该系统在长期运行过程中的可靠性和稳定性,在系统的可靠性测试过程中引入了故障注入技术。故障注入技术在可靠性测试技术中应用十分广泛,通过智能网络管控系统故障注入测试证明,故障注入技术在故障类型的全面性、低概率问题难以验证等方面都具有较大优势。

综合式航电系统基于半物理仿真的故障注入方法研究

综合式航电系统承载着飞机显示控制、通信导航、信息感知、航路规划、火控攻击等飞机绝大多数任务,是决定飞机任务执行效能的重要因素。根据对综合式航电系统功能组成及特点分析,介绍了综合式航电系统子系统半物理仿真实现方案及软硬件构成,分析了常见故障注入方式及其特点,提出了基于半物理仿真的故障注入方法及流程,最后通过试验证明了基于半物理仿真的故障注入方法对于综合式航电系统复杂交联故障地面复现与模拟的有效性及意义。

电机典型故障模式分析及故障模拟方法研究

故障注入试验是获取数据的有效途径,也是实现在线监测和故障诊断算法研究和验证必不可少的环节。故障样机是故障注入试验开展的基础。因此,针对电机定子匝间绝缘故障、相间短路、相接地、转子断条故障、轴承故障、转子不平衡和偏心故障这7种故障模式进行了研究。首先,分析了故障原因及故障影响;然后,提出了各类故障的故障模拟方法,并在此基础上通过替换故障零部件或者故障整机的方式开展故障试验;最后,以某型异步电机为例,详细地说明了故障模拟的具体实施方法,对于提高电机的可靠性具有一定的指导意义。

基于正交算法的车规级芯片耦合故障研究

从汽车芯片信息安全角度出发,由于汽车安全芯片工作主要受环境中的电磁、电压和光的影响,在阐明了电磁、电压和光对安全芯片的影响原理的基础上,综合考虑影响芯片工作的三种因素和因素间的相互作用,提出了多维组合的车规级安全芯片故障注入测试技术。以典型安全芯片为例,对其进行电磁操纵、电压操纵、光注入以及三者的组合注入,比较故障注入前后安全芯片加密解密得到的密文或明文,从而能够得出安全芯片的安全性结论。

云环境下跨层级间歇故障行为建模与量化分析

间歇故障具有随机性,复杂的机理与表现会导致传统诊断方法不再有效,尤其是对于云计算环境,因为长时间运转、高负载运行以及集群规模大等因素致使间歇故障易感性居高。针对此问题,提出了一种基于跨层级间歇故障传播行为的建模与量化分析方法。该方法对间歇故障行为演化进行跟踪并量化分析,包括发现并记录故障在云环境不同层级的传播,构建传播路径,量化间歇故障对结构级、固件、超特权、特权和用户层级的影响,以及故障模型参数对系统影响的比较,以为云环境下间歇故障诊断策略提供辅助诊断信息和指导。