RTL Anti-Tampering Design 第十四課：RTL 與 netlist 故障攻擊活動

一份 fault campaign 是可重播的實驗規格，不是隨機翻幾個 bit 後報一個百分比。它必須記錄設計版本、注入目標、時點、效果、預算、判準與無法模擬之處。

第十四課：RTL 與 netlist 故障攻擊活動

先固定一次嘗試的意義

消防演習若每次都換出口、煙霧位置與集合時間，兩次演習的通過率無法比較。硬體 fault campaign 也要固定版本、seed、一次 attempt 包含幾個事件，以及失敗/重試是否另算。生活類比不能保證 fault injection 工具真的達到晶片節點。

在 RTL 模型先列出目標清單與時間窗，再定義效果（flip、stuck-at、skip、延遲）及每次注入預算；將 fault-free controls、合法操作、未授權操作及拒絕服務分開。每條反例保留完整輸入序列、第一個錯誤 commit、隨機 seed 與模型 hash。SYNFI 示範 synthesized netlist 預先故障分析；netlist 結果仍不等於實體注入。SYNFI。

RTL 與 netlist 的 mapped target 不相同：綜合可能合併 redundant logic、重編碼 FSM、複製/移除暫存器。兩階段 campaign 要保留 RTL signal 到 netlist cell 的 mapping 與 unmapped 清單。結果至少分類為安全性違反、可用性故障、偵測且及時阻擋、偵測太晚、未觸發、工具不可觀察；不能把「detected」一律當成功。

固定設計 hash 和故障預算後，先跑未故障對照，再跑單故障與明確界定的組合故障。以下 property 草案尚未編譯；assert 要查每個接受事件的 oracle，不只查 alert。Coverage 必須列出未觸及 target/time bin，不以總 fault 數掩蓋空白。

本課互動範例用四種目標類別（ROM check_done、debug permission、first fetch、key release）乘上三個合成時間窗形成 12 個 target/time pairs。邊緣位置描述注入位置，不能代替目標類別；這是固定的教學分母，不是硬體 coverage。

保留可重播證據

每筆結果需要 attempt ID、DUT/網表 hash、工具版本、配置、seed、target、effect、edge/window、budget、輸入 trace、輸出、assertions、分類與重播命令。若工具以最佳化跳過未改變輸出之案例，須說明 pruning 規則及其等價性假設。

離線互動實驗

RTL／SVA 審查方向

以下為性質草案：先定義 harness 的 transaction、reset 與 oracle，並確認取樣邊界，再接入設計；尚未編譯或證明。reference_authorized 必須來自獨立的參考模型，且不在故障注入目標或影響錐內。若 DUT 內的 permission bit 本身也可能受故障影響，就不能拿它當 oracle。

assert property (@(posedge clk) disable iff (!rst_n)
accepted_commit |-> reference_authorized);

若 accepted_commit 從未成立，property 仍可能 vacuous pass。另以 cover 確認無故障且授權的流程確實接受；disable iff 排除的 reset 期間、未觸發的 attempt 與遲到警示要分開分類。此片段不證明 CDC、timing、side-channel 或實體注入；需由各自工具與測量提供證據。

檢核問題

辨認：fault attempt 與 fault outcome 有何不同？ 推理： Attempt 記錄刺激與目標；Outcome 記錄觀察到的效應、接受狀態、detector 回應，以及接受是否早於 alert。
比較：為什麼總 attempts 不能當成 coverage 分母？ 推理： 多次嘗試可能落在同一個 target/time bin。要列完整 bin 集合、實際觸及的唯一 bins，以及未觸及 bins。
情境：未授權 commit 之後才出現 alert，campaign 要如何分類？ 推理： 同時記錄未授權 commit 與延遲 alert。不能把 alert 算成及時阻擋；結果類別可能重疊。
故障診斷：模擬器刪去輸出沒有改變的案例，必須補記什麼？ 推理： 記錄刪減規則與等價性假設，並保留代表性已刪除／保留案例的重播方法。
設計風險／轉移：下個月要讓另一位工程師重現一個 counterexample，需保留哪些欄位？ 推理： 保留 source/netlist 與工具 hash、設定、seed、目標／時間窗、budget、輸入 trace、輸出、assertion、分類規則及 replay command。

延伸閱讀

SYNFI pre-silicon fault analysis

MY ACADEMY · LESSON FILM

教學影片

影片依序說明本課的資料路徑。看完一段，可以回到下面的互動練習，改變輸入或故障條件。動畫呈現教學模型；它沒有替代 RTL 模擬。

圖卡的範圍說明
教學模型 · 非 RTL 模擬或晶片實測
框線動畫只是閱讀順序；不是已執行的 fault campaign 或命中率

下載 MP4 · 字幕 VTT

旁白使用合成聲音。互動教學與動畫均有模型邊界；請以本課的來源與驗證範圍解讀結果。

Wrap-up｜把這一課帶回設計審查

威脅模型與成立條件: 固定 RTL/netlist hash、fault target/effect/time/budget，資產為接受端不受未授權提交。
失效原因: 模糊 attempt、target mapping 或把 detected 當 pass，會令 campaign 不可比較或漏掉違規。
防護方法: 用 fault-free 控制與分級結果建立可重播活動，分開 safety、availability、timely block 與 tool gaps。
驗證方式與待做檢查: 保存 seed/工具配置/hash/trace/first bad commit，RTL和netlist兩套分母及 unmapped targets分開。
防護界線與未驗證項目: 工具模型與數位 netlist 不代表實體擾動可達性、頻率、位置精度或故障相關性。

換個情境再想一次

挑一個未映射 RTL target，提出對應 netlist cell 的確認方法及無法映射時的報告語句。

以上整理對照本課的教學案例、參考資料與實驗範圍；未列為已完成的驗證，都是後續工作。