[发明专利]一种基于指令脆弱性分析的SDC错误检测方法

说明书

本发明公开了一种基于指令脆弱性分析的SDC错误检测方法步骤如下：步骤1，对程序集进行故障注入实验，获取样本数据集；步骤2，提取指令SDC脆弱性描述特征；步骤3，训练基于支持向量回归的指令SDC脆弱性分析模型；步骤4，提取目标程序指令特征，对指令脆弱性进行预测分析；步骤5，根据指令脆弱性值对目标程序进行指令冗余处理；步骤6，对冗余处理后的目标程序进行故障注入实验，程序运行时对SDC错误进行检测；步骤7，对冗余处理后的目标程序的SDC错误检测能力进行评估。本发明对SDC错误的检测率高，且性能开销低，可应用于恶劣环境下瞬时故障导致的程序SDC错误的检测。

技术领域

本发明属于软加固和可信软件领域，具体涉及基于指令脆弱性分析的SDC错误检测方法。

背景技术

随着集成电路技术的发展，在计算机性能大幅度提升的同时芯片也更容易受到空间辐射的影响。在太空环境中，由高能粒子辐照或电磁脉冲干扰等因素造成的单粒子效应是计算机系统失效的主要原因之一。单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)是单粒子效应最主要的表现形式。由单粒子翻转造成的系统硬件故障称为软错误，是一种瞬时故障。软错误对系统可靠性的影响在于它会传播到程序中，造成程序的状态异常或功能失效。在星载计算机的研究领域中，已出现过多次单粒子翻转事件，造成计算机功能出现严重损伤。

瞬时故障对程序运行的影响有很多种：虽然发生了瞬时故障，但没有影响程序的正常运行及结果；由于访问越界等原因导致的程序崩溃或挂起，已有基于症状的检测方法对其进行检测，并使用检查点机制进行恢复；程序能够正常运行，但出现了结果错误，称为SDC(Silent Data Corruption)错误。SDC错误是隐蔽传播的，由于隐蔽传播在程序的执行过程中不会有系统错误的提示，因而无法被检测机制捕获，但却会导致程序产生错误的结果。

在基于软件的数据流错误检测方法中，目前针对程序SDC错误检测的方法主要有两种：程序冗余和程序断言。马骏驰等人在源代码中插入以不变量为内容的断言，利用发生软错误后断言报错来检测软错误，具有较高的检出率和较低的检测代价。Laguna等人针对瞬时故障下科学计算程序中SOC(Silent Output Corruption)错误，采用支持向量模型对程序中的SOC脆弱指令进行判定，并对其进行冗余保护，他们的方法极大的降低了错误检测的性能开销。但该方法针对的是科学计算程序，普适性不够好。Lu等人基于决策回归树对程序中的存储指令和比较指令进行脆弱性预测，通过程序分析的方法得出程序中所有指令的SDC脆弱性值，并基于此对程序进行冗余保护。基于程序断言的检测方法的检测代价不高，但检测率较低。而基于程序冗余的方法的研究重点在于如何分析程序中脆弱的部分并对其进行选择性的冗余处理。

随着集成电路芯片工艺尺寸的减小，软错误引起的失效问题也越来越多。为了解决空间辐射对软件执行的影响，尤其是在高可靠性的航空航天领域，要使得程序在SDC错误存在的条件下仍然可以正确的运行，首要的是必须及时检测出瞬时故障导致的程序SDC错误。已有研究表明，SDC错误是由相对较小比例的指令中的数据变量错误引起的，因此如可以事先找到软件中的脆弱点并选择性的保护这些变量，则可实现高效费比的SDC错误检测机制以及目标程序加固机制。有技术中尚无一种利用支持向量回归进行指令SDC脆弱性分析并对SDC错误进行检测的报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于指令脆弱性分析的SDC错误检测方法，可应用于对恶劣环境下受到瞬时故障影响的程序进行SDC错误检测。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于指令脆弱性分析的SDC错误检测方法，包括如下步骤：

步骤1，对程序集进行故障注入实验，得到指令的SDC脆弱性值，从而构建指令SDC脆弱性分析模型样本数据集；

步骤2，根据步骤1得到的程序指令样本的SDC脆弱性值，提取指令SDC脆弱性描述特征向量F；