Обнаружение системных дефектов цифровых устройств при имитации неисправностей с применением фаззинга

Цель. В статье предложены подходы к организации испытаний цифровых систем с помощью имитации неисправностей для выполнения требований международных и отечественных стандартов по обеспечению устойчивости к отказам и сбоям с целью эффективного (по времени) поиска дефектов ПО для выпуска серийных изделий. Предлагается структура и алгоритм работы программно-аппаратного стенда имитации неисправностей для проведения испытаний устройств комплекса. Стенд реализует сбор и подготовку данных для фаззинга, выявления ошибок на аппаратном уровне, а также определение объема испытаний.

Методы. Применялись основы системного анализа, классические методы теории вероятности и математической статистики, теории принятия решений, методы тестирования и разработки программно-аппаратных систем, математическая теория нечетких множеств и нечеткой логики.

Результаты. Разработаны алгоритмы имитации неисправностей для тестирования программно-аппаратных систем с помощью техники фаззинга, обеспечивающие вероятностную оценку момента окончания испытаний по тестированию с заданной точностью.

Выводы. Данный набор алгоритмов позволяет обнаружить системные дефекты при объединении программных и аппаратных средств в единый комплекс, приводящему к возникновению новых неисправностей (свойство эмерджентности), которые невозможно учесть на этапе проектирования.

1. Козачок А.В. Козачок В.И., Осипова Н.С. и др. Обзор исследований по применению методов машинного обучения для повышения эффективности фаззинг-тестирования // Вестник ВГУ, серия: системный анализ и информационные технологии. 2021. № 4. С. 83-106.

2. Mathur F.P., Avižienis A. Reliability analysis and architecture of a hybrid-redundant digital system: Generalized triple modular redundancy with self-repair // Proceedings of the May 5-7, 1970, spring joint computer conference. 1970. Pp. 375-383.

3. Ковалев И.В. Анализ проблем в области исследования надежности программного обеспечения: многоэтапность и архитектурный аспект // Вестник СибГАУ. 2014. № 3. C. 78–92.

4. Патент № 2697629 Российская Федерация, МПК G06F 11/261. Устройство для имитации неисправностей в программно-аппаратных системах: № 2018105476 заявл. 13.02.18; опубл.15.08.19 / Д.А. Панков; патентообладатель АО ОНИИП.

5. Панков Д.А., Панков И.А., Денисова Л.А. Автоматизация разработки и тестирования цифровых систем связи с многоуровневой архитектурой // Автоматизация в промышленности. 2023. № 1. С. 31–35.

6. Панков Д.А., Денисова Л.А. Проектирование программно-аппаратного комплекса: определение объема тестовых испытаний микропроцессорных устройств // Автоматизация в промышленности. 2020. № 12. С. 23-29. DOI: 10.25728/avtprom.2020.12.04

7. Rebert A., Cha S.K., Avgerinos T. et al. Optimizing seed selection for fuzzing // IEEE Access. 2018. Vol. 6. Pp. 861-875. URL: https://www.usenix.org/conference/usenixsecurity14/technicalsessions/presentation/rebert (дата обращения 08.05.2023)

8. Ушаков И.А. Надежность: прошлое, настоящее, будущее // Reliability: Theory & Applications. 2006. № 1. С.17– 25.

9. Русаков М.А. Многоэтапный анализ архитектурной надежности в сложных информационно-управляющих системах : дис. … канд. техн. наук. Красноярск, 2005. 168 с.