分组密码算法是密码学当中一个重要的领域,它被广泛地应用于智能卡,U盾等商用设备中,以保证攻击者无法窃取到其中的私密信息。随着分组密码设计方案的不断完善,目前广泛使用的诸如高级加密标准（Advanced Encryption Standard,AES）,PRESENT等常见密码算法都有着极高的理论安全性能,传统的密码学分析方法很难对这些算法产生实质性的威胁。然而,理论上的安全并不代表着实际上的安全。这些密码算法实现到了物理设备上之后,设备本身的安全性能同样起着至关重要的作用。在未经特殊设计的情况下,密码设备很容易遭受到故障攻击的威胁。本文针对一种新型故障攻击——持久性故障攻击（Persistence Fault Attack,PFA）开展了一系列的研究。持久性故障攻击于2018年CHES会议上首次提出,是一种针对分组密码的故障攻击方法。相比于传统的故障攻击,它有着诸如故障注入时间宽松等等许多优势。然而,作为一种新型故障攻击方法,18年提出的持久性故障攻击还有着很多可以改进的空间。本文主要从实用性和攻击效率这两个方面,对持久性故障攻击进行了改进,并以AES及PRESENT两种典型算法为例,详细阐述了如何将其应用于实际分组密码的具体方法。最后,本文利用实际的激光设备,在真实的微控制器芯片上进行了相关实验,并对改进后持久性故障攻击的效果进行了实际验证。在实用性方面,本文主要做出了两方面贡献,首先,原始的持久性故障攻击基于较为严苛的故障模型:它假设攻击者能够在分组密码算法S盒中的某个确定的单元中注入一个可知的故障。然而,在现实条件下,这些假设很难被满足。针对这一问题,本文提出了一系列改进方案,使得持久性故障攻击可以在攻击者只能在S盒的随机单元中注入一个随机故障的情况下完成密钥恢复。其次,本文提出了一些算法来高效地判断算法实现中是否注入了攻击者期望的故障。由于实际的故障注入过程往往需要多次尝试才能够获得一个符合期望的故障,这些方法对持久性故障分析的实用性起到了十分关键的作用。在分析效率方面,本文利用极大似然估计对持久性故障分析做出了改进。通过这种改进,持久性故障分析的密文需求量被大大的降低了。以AES算法为例,在S盒单字节故障的情况下,改进后的分析平均只需要1641组密文即可完成密钥恢复,相比于改进前的2273组降低了约28%。最后,在物理实验中,本文采用激光设备对ATmega163L微控制器上的AES以及PRESENT算法实现进行了攻击,从而验证了改进后的持久性故障攻击的可实践性。此外,本文还进行了一系列的额外实验以进一步验证本文做出的理论贡献。