Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen 08.04.02 Pessimistische Fehlerinjektion für automatisch erzeugte

Markus JochimUniversität Essen, Institut für InformatikVerlässlichkeit von Rechensystemen

08.04.02

Pessimistische Fehlerinjektion für automatisch erzeugte virtuelle

Duplexsysteme

Markus Jochim

Universität Essen

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08.04.02

Virtuelles Duplexsystem (VDS) / DiversitätVirtuelles Duplexsystem (VDS) / Diversität

Source A,©2002 Schmidt

for (i=1; i<10; i++){ ... }

Compiler A

Source B,©2002 Müller

while (i++ <10){...}

Compiler B

ProgrammB

Eingabe

Ausgabe

Prozessor

VDS:1) Programm A2) Programm B3) Ergebnisvergleich

Problem:Identische fehlerhafte Ausgabewerte!

Fehler-injektor

ProgrammA

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08.04.02

DIVERSI-ToolDIVERSI-Tool

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08.04.02

DIVERSI-ToolDIVERSI-Tool

Eingabe:• Assembler Source (P0, P0)• Eingabewerte für P0• Fehlerspezifikation (FAIL)

Veränderungsregelauf VDS: (P0, Pi)

anwenden

Auswahlvon Veränderungs-

regel und VDS

Fehler inVDS: (P0, Pi+1)

injizieren

ErgebnisDatenbank

Ausgabe:• Erfolgreichstes VDS• erzielte Fehlererfassung

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08.04.02

FehlerinjektionFehlerinjektion

Führe für jedes erzeugte VDS alle Injektions-Experimente für alle Eingabewerte aus.

Viele “jedes“ and “alle“ bedeutet:

"Fehlerinjektion muß sehr schnell sein !"

• Host & Target auf selbem System

• Einfügen von FI-Code in VDS

• Manipulation ausführbarer VDSe

• “Energiespar-Modus“

• Pessimistische Fehlerinjektion

Pessimistische Fehlerinjektion:• Beschleunigung der FI-Experimente• Konservative Bewertungsergebnisse

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08.04.02

Fehlerspezifikation (FAIL)Fehlerspezifikation (FAIL)

Stuck-at-Fehlerin Register

Prozessor-Statuswort

Speicher-fehler

EndAllEndAll

All myVar3 substitute by {Carry,Zero,Sign,Overflow} All myVar4 substitute by {cleared, inverted, set}

All myVar1 substitute by {%eax,%ecx,%edx,%edi,%ebp} All myVar2 substitute by {0,1,2,6,7,8,9,15,16,22,23,28,31}

Stuck-at dice{0,1} Bit myVar2 Register myVar1

EndAllEndAll

EndallEndall

All myVar5 substitute by {text,rodata} All myVar6 substitute by {1,3,5,9,20,30,40,50,60,75,95,100,200,300}

FlagProblemAfter dice {addl, subl, cmpl} Instruction myVar3 is myVar4

MemoryError randomly inject myVar5 Errors into myVar6 Segment

• Insgesamt 49 Fehlerarten sind spezifiziert.• Neue Fehlerarten mittels FAIL spezifizierbar.

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08.04.02

Harte Fehler / Weiche FehlerHarte Fehler / Weiche Fehler

• Abstürze• Timeouts• Falsche Ausgabeformat

• Fehlerhafte Ausgaben im richtigem Format

• Geringfügige Verzögerungen• Keine Fehlerwirkung

zu hart

zu weich

balanciert

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08.04.02

Pessimistische FehlerPessimistische Fehler

Idee:• Zu weiche Fehler verschärfen.• Zu harte Fehler abschwächen.

Mehr balancierte Fehler = Pessimistische Injektions-ergebnisse

Wie kann man Fehler abschwächen?Lösung: Nicht bei jeder Gelegenheit injizieren!

MOVL

ADDL

XORL

PUSHFL

JMP

ASL

MOVL

ADDL

XORL

PUSHFL

JMP

ASL

MP

MP

MP

MP

P0 P0

Markierungspaare !

Versuche mit Markierungspunkten statt Markierungs-paaren waren erfolglos!

MP 1

MP 2

Inst. 1

Inst. 2

Inst. 3

Inst. 4

Inst. 5

Inst. 6

Inst. 1

Inst. 2

Inst. 3

Inst. 4

Inst. 5

Inst. 6

MP

MP

MP

MP

MP 1

VDS 1

MP

MPMP 2

VDS 2

Inst. 1‘Inst. 1‘‘

Inst. 2

Inst. 3‘Inst. 3‘‘Inst. 3‘‘‘

Inst. 4

Inst. 5


MP

MP

MP 3

MP 2

MP

Inst. 1


Inst. 3

Inst. 4‘Inst. 4‘‘Inst. 4‘‘‘Inst. 4‘‘‘‘

Inst. 5

Inst. 6

MP 1

MP 3

DIVERSI

Markierungspaare über„VDS-Generationen“ hinweg pflegen !!!

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08.04.02

Syntax-BeispielSyntax-Beispiel

Pair P1: (4*3m, 4*6m, 5*12m)Pair P2: (30*1m, 2*2) force "*esp*"

P1: <Beliebige FAIL-Anweisungsblöcke>

P2:<Beliebige FAIL-Anweisungsblöcke>

P_off

#-------------------------------# Fehler Nr. 128-151## Nr. 128-149:# MP-Forderung: 30 * 1M# MP-Realisierung: 22 * 1M (Reduziert!)## Nr. 150-151:# MP-Forderung: 2 * 2 M# MP-Realisierung: 2 * 2 M

Stuck-at 0 bit 0 register %ebx

FAIL-Spezifikation

Reduktion derAnforderungen

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08.04.02

F-Typ Standard Pessimistisch

1 0 / 370 160 / 9250

2 0 / 360 90 / 4320

3 0 / 110 112 / 2200

4 0 / 110 66 / 2750

5 0 / 370 70 / 9250

6 0 / 130 129 / 3250


1 0 / 370 263 / 9250

2 0 / 360 132 / 3120

3 0 / 110 80 / 1650

4 0 / 110 63 / 2750

5 0 / 370 64 / 9250

6 0 / 130 228 / 2600

VDS: „CRC“ VDS: „Hanoi“

Ergebnisse (absolut)Ergebnisse (absolut)

160 / 9250 = 160 von 9250 Injektionsläufe überlisteten das VDS.Legende:

• Experimente mit 6 verschiedenen Fehlerarten der Kategorie „zu hart“.• Zwei verschiedene VDSe. • Keine Diversität !!!

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08.04.02


1 0,00% 0,81% 1,51% 1,73% 1,97%

2 0,00% 0,83% 1,74% 2,08% 2,48%

3 0,00% 2,69% 4,34% 5,09% 5,93%

4 0,00% 2,69% 1,94% 2,40% 2,94%

5 0,00% 0,81% 0,61% 0,76% 0,92%

6 0,00% 2,28% 3,42% 3,97% 4,58%


1 0,00% 0,81% 2,56% 2,84% 3,14%

2 0,00% 0,83% 3,56% 4,23% 4,87%

3 0,00% 2,69% 4,01% 4,85% 5,81%

4 0,00% 2,69% 1,84% 2,29% 2,82%

5 0,00% 0,81% 0,56% 0,69% 0,85%

6 0,00% 2,28% 7,87% 8,77% 9,74%


Ergebnisse (relativ)Ergebnisse (relativ)

Pexp: 1,73% (= Anteil nicht aufgedeckter Fehler)Legende: 1,51% 1,73% 1,97%

Pmin: 1,51% Pmax: 1,97%

Falls Preal = 1,51% oder weniger: P (Pexp = 1,73%) 5%

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08.04.02

ZusammenfassungZusammenfassung

Resümee: • Pessimistische Fehlerinjektion ist möglich!

• Anwendungsfall: VDS

• Anwendbarkeit für verschiedene Diversitätstechniken denkbar

• Anwendbar um:

1) Injektionsläufe zu beschleunigen!

2) Konservative Ergebnisse zu erzielen.

Weitere Ergebnisse:• Pessimistische Fehler bieten DIVERSI Widerstand!

• Bereits wirksame Fehler konnten gefährlicher gestaltet werden!

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08.04.02


1 0,00% 0,81% 1,51% 1,73% 1,97%

2 0,00% 0,83% 1,74% 2,08% 2,48%

3 0,00% 2,69% 4,34% 5,09% 5,93%

4 0,00% 2,69% 1,94% 2,40% 2,94%

5 0,00% 0,81% 0,61% 0,76% 0,92%

6 0,00% 2,28% 3,42% 3,97% 4,58%


1 0,00% 0,81% 2,56% 2,84% 3,14%

2 0,00% 0,83% 3,56% 4,23% 4,87%

3 0,00% 2,69% 4,01% 4,85% 5,81%

4 0,00% 2,69% 1,84% 2,29% 2,82%

5 0,00% 0,81% 0,56% 0,69% 0,85%

6 0,00% 2,28% 7,87% 8,77% 9,74%


Ergebnisse (relativ)Ergebnisse (relativ)

Pexp: 1,73% (=Anteil nicht aufgedeckter Fehler)Legende: 1,51% 1,73% 1,97%

Pmin: 1,51% Pmax: 1,97%

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Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen 08.04.02 Pessimistische Fehlerinjektion für automatisch erzeugte