Chapter 16

ファジングと堅牢性・長時間試験 — 想定外で壊れないか

この章のゴール.

正常系ではなく異常系・極限で機器がどう振る舞うかを体系的に試す——入力ファジング、 リソース枯渇、電源・環境ストレス、そして長時間流し続けるソーク試験。 生成 AI 製ファームが最も転びやすい領域を、外から追い込めるようになること。

この章で使う既出の用語（定義は各リンク先）. USB（01 章 2 節）、オラクル（01 章 8 節）、記録（01 章 4 節）、UART（05 章 1 節）、グレーボックス（08 章）、接続（09 章 2 節）、ファジング（10 章）

1. 生成 AI 製ファームの弱点は「例外」

生成 AI はハッピーパス（正常な使い方）を書くのは得意だが、想定外——不正入力、溢れ、枯渇、長時間、電源異常——の処理を抜かしがちである。ブラックボックスの堅牢性テストは、この例外の谷を狙って突き落とす作業だといえる。10 章（BLE ファジング）を一般化し、あらゆる入口・資源・環境に広げる。

2. 入力ファジング — あらゆる入口に

10 章の 4 軸（値の境界・型/書式・順序・タイミング）を、機器のすべての入口に適用する。

• 入口の棚卸し: UART コマンド、BLE/Wi-Fi、USB、ボタン列、設定ファイル、ファーム更新パッケージ……。13 章までで見つけた面を全部並べる
• 境界を撃つ: 長さ 0／最大／最大+1、最小値／最大値、空・NUL・巨大、壊れたチェックサム
• 道具: boofuzz（プロトコルを記述して自動生成）、AFL 系の発想（カバレッジ誘導、グレーボックスなら 08 章の観測と組む）、自作ファザ（10 章の型）

生存確認（10 章）はここでも命綱。撃つたびに「まだ生きているか」を別経路で確かめ、落ちた瞬間の入力を保存する（再現できないバグは直せない、02 章）。

3. リソース枯渇 — 溢れさせる

有限の資源をわざと使い切って、優雅に耐えるか破綻するかを見る。

• メモリ: 大量接続・大量メッセージ・巨大入力でヒープを食い潰す → メモリリーク（じわじわ減って復帰しない）が最頻出
• バッファ／キュー: 受信を処理より速く流し込み、溢れたとき捨てるか・壊れるか・固まるか
• 接続・ハンドル: つないで放置／即切りを繰り返し、枯渇で新規を受けられなくなるか（10 章・11 章）
• スタック: 深い再帰・長い入力でスタックオーバーフロー（08 章のガードが働くか）

これらは電流波形（03 章）やレイテンシの時系列（14 章）に兆候が出る（だんだん遅く／消費増）。観測を併用して早期に捕まえる。

4. 電源と環境のストレス

機能テストが素通りしても、現実の汚い電源と過酷な環境で転ぶ機器は多い。

• 電源: 電圧を規定下限まで下げる、瞬断（数 ms 切る）、ゆっくり落とす（ブラウンアウト）、投入時の突入・チャタリング。復帰時にきれいに初期化されるか、設定が壊れないか（03 章・15 章の道具で）
• 温度・湿度: 恒温槽で高温・低温。クロックずれ、センサ誤差、はんだ／部品の限界
• 機械・電磁: 振動、静電気（ESD）、近くの強い電磁ノイズ（EMC）
• クロック・時刻: RTC を飛ばす、時刻を巻き戻す・進める（うるう秒的な境界）

5. 長時間・ソーク試験

短時間では出ないバグ（リーク、断片化、カウンタ溢れ、熱累積）を、何時間〜何日流し続けて炙り出す。

• ソーク（soak）試験: 一定負荷を長時間かけ続け、遅延・メモリ・エラー率の時系列を記録（14 章）。右肩上がりの劣化＝リークの兆候
• カウンタ溢れ: millis() 系（約 49 日で一周）、シーケンス番号、統計カウンタが一周する瞬間に壊れないか。時刻を進めて（本章 4 節のクロック・時刻操作）人工的に境界へ運ぶ
• 繰り返しストレス: 接続・スリープ復帰・更新を何万回。まれな確率のバグも回数で顕在化

6. 状態の抜け穴 — 異常な順序

ファームのバグの多くは「値」でなく「順序」に潜む。

• 初期化前・認証前の操作、二度打ち、途中中断、並行操作（競合状態）
• 状態遷移図を外から推定して、あり得ない辺を故意に通す（10 章の順序ファジングの一般化）
• 競合（レース）は再現困難——負荷とタイミングをずらして確率を上げ、生存確認で捕まえる

7. 何をオラクルにするか

• 不正入力・溢れ・枯渇でクラッシュ／ハングしない。拒否か、優雅な劣化か、安全停止
• 電源異常・環境ストレスからきれいに回復し、設定・データが壊れない
• 長時間で劣化しない（リーク・断片化がない）、カウンタ境界を越えられる
• 落ちた場合は入力が保存され再現できる

8. 手を動かす

入力ファジングと生存確認

この章のポイント

• 生成 AI 製ファームは例外処理が弱い。堅牢性テストは異常系・極限を狙う
• 入力ファジングをすべての入口に、4 軸（境界・型・順序・タイミング）で。生存確認が命綱
• リソース枯渇（メモリ/バッファ/接続/スタック）を溢れさせ、優雅に耐えるか見る
• 電源・環境ストレス（低電圧・瞬断・温度・ESD・時刻）への回復力を試す
• ソーク試験で長時間の劣化・カウンタ溢れを炙り出し、異常な順序で状態の抜け穴を突く