断言语言支持自定义谓词的程序验证器原型

基于逻辑推理的方法进行程序验证是形式化程序验证的研究热点.目前的自动验证工具为了保证自动性,对描述程序性质的断言语言都有较多限制,导致程序的某些递归性质难以用断言语言表述.本文在一个面向指针程序、基于先前自行设计的形状图逻辑、依赖于自动定理证明工具Z3的自动程序验证原型系统上,通过在断言语言中引入自定义谓词来增强断言语言的表达能力,使得该原型系统不仅能自动验证含操作易变数据结构的程序的性质,也能自动验证一些不含指针的程序的性质.     

一种验证指针程序的方法

利用形状图逻辑和形状系统来解决指针程序的分析和验证中的困难。该方法要求程序员声明各种递归结构体类型参与构建的数据结构的形状,并声明指针变量所指向的形状,以便程序分析工具能建立各程序点的形状图,并以此来支持程序验证。探讨了在指针相等关系静态可确定的情况下,避免在Hoare逻辑上做复杂扩展的指针程序验证方法。

Abstract：

Analysis and verification of programs dealing with pointers are still difficult problems so far. This paper uses a shape graph logic and a shape system to solve these problems. Using our method, programmers must declare the shapes that the recursive data     

一种汇编程序的形式验证框架

在高可信软件的各种性质中,安全性是关注的重点.软件满足安全策略的证明方法是安全性研究的热点之一.根据前期提出的安全程序设计与证明的框架以及指针逻辑推理系统,介绍在所实现的出具证明编译器(certifying compiler)原型系统中有关目标机器的形式定义、汇编程序的形式验证框架以及汇编程序指针程序性质证明等方面的研究.它们的主要特点是汇编验证框架是基于Hoare风格的程序验证方式;与指针有关的性质使用和源语言一级类似的指针逻辑推理系统进行证明;使用一个简单的类型系统完成有关指针的类型检查.     

一种汇编语言指针逻辑的设计与实现

软件的安全性日益重要,软件满足安全策略的证明方法成为一个研究热点.而指针程序的安全性质证明是难点之一.根据已经提出的安全程序设计与证明的框架以及PointerC指针逻辑,提出一种汇编语言指针逻辑.该逻辑解决了Hoare逻辑处理别名问题面临的困难,保证通过验证的汇编指针程序不存在空指针引用和内存泄露等安全问题.此逻辑的可靠性证明已在证明辅助工具Coq中完成.此外,本文还实现一个原型系统,并使用该系统对链表、二叉树等非平凡的指针程序的进行了自动的安全验证.     

一种用于指针程序安全性证明的指针逻辑

在高可信软件的各种性质中,安全性是被关注的重点,其中软件满足安全策略的证明方法是研究的热点之一.文中根据作者所设想的安全程序的设计和证明框架,为类C语言的一个子集设计了一个指针逻辑系统.该逻辑系统是Hoare逻辑系统的一种扩展,它用推理规则来表达每一种语句引起指针信息的变化情况.它可用来对指针程序进行精确的指针分析,所获得的信息用来证明指针程序是否满足定型规则的附加条件,以支持程序的安全性验证.该逻辑系统也可用来证明指针程序的其它性质.     

一种用于指针程序的形状分析方法

指针程序的分析一直是研究热点。本文提出一种基于形状图逻辑的形状分析方法,其中形状分析采用形状图来表达程序中指针的指向和相等关系,并用形状图逻辑来进行推理。形状图逻辑是一种把形状图看成有关指针的断言,并在此基础上对Hoare逻辑进行扩展而得到的程序逻辑。首先介绍所提出的形状图和形状图逻辑;然后在此基础之上,设计一种基于形状图逻辑的形状分析方法。     

一种用于类C语言环境的安全的类型化内存模型

使用形式化方法对程序进行验证是保证软件可信的重要手段.对于像C语言这样的较低级的命令式语言可以直接对内存进行操作,对其操作语义或公理语义的形式化需要基于合适的内存模型.传统的字节内存模型可以很好地描述各种内存操作,但是无法保证安全性,同时使程序验证变得异常复杂.面向对象语言的内存模型则具有较高的抽象性,便于程序验证,但不适合描述低级的内存操作.结合字节内存模型和面向对象语言内存模型,提出一种安全的类型化的内存模型,既可用于对语义的形式化,也可用于基于霍尔逻辑的程序验证.此内存模型既允许指针算术、结构赋值、类型转换等内存操作,同时也可以有效减少因指针别名给程序验证带来的复杂度.基于Coq辅助定理证明工具,对内存模型进行了形式化实现和验证.     

复杂内核数据结构程序形式化验证

操作系统内核作为软件系统的基础组件, 其安全可靠是构造高可信软件系统的重要环节, 但是, 在实际的验证工作中, 操作系统内核中全局性质的不变式定义, 复杂数据结构程序的形式化描述和验证仍存在很多困难. 本文针对操作系统内核中满足的全局性质, 在代码层以函数为单位, 用全局不变式进行定义, 并在不同的函数中进行形式化验证, 从而证明各个函数符合操作系统内核的全局性质; 针对操作系统内核中经常使用的复杂数据结构程序, 本文通过扩展形状图理论, 提出一种使用嵌套形状图逻辑的方法来形式化描述复杂数据结构程序, 并对该方法进行了正确性证明, 最终成功验证操作系统内核中关于任务创建与调度, 消息队列创建与操作相关的代码.     

基于分离逻辑的并行程序性质验证方法

随着多核多线程并行执行方式的普及,并行程序形式化验证的需求日显突出.并行程序验证中执行流程的不确定性使验证的内容与目标的关系难以确定,且从并行程序直接进行性质验证会导致验证规模大.为此,提出一种基于分离逻辑的新的验证方法.该方法根据分离逻辑的程序语义描述兼有解释语义和公理语义的特点,从验证的性质出发,把要验证的性质式转换成并行语句序列的逻辑组合式,并进行整理和化简;然后,利用分离逻辑公理系统对语句序列进行验证,用验证了的断言集来求出性质的真值.实例进一步说明,此方法更有效,同时也简化了验证的规模.     

处理指针相等关系不确定的指针逻辑

为类C小语言PointerC设计的指针逻辑是Hoare逻辑的一种扩展,可用来对指针程序进行精确的指针分析,以支持指针相等关系确定的程序的安全性验证.通过增加相等关系不确定的指针类型访问路径集合,可扩展这种指针逻辑,使得扩展后的指针逻辑可以应用于有向图等指针相等关系不确定的抽象数据结构上的指针程序性质　证明.