一个用于指针程序验证的自动定理证明器的设计与实现

对高可信软件需求的增加使得指针程序的验证成为近期的研究热点.指针逻辑作为Hoare逻辑的扩展,可以对指针程序进行精确的分析.介绍一个针对指针逻辑的自动定理证明器的设计和实现,描述了一些算法.实验结果表明,该定理证明器可以完全自动的证明用类C语言编写的关于单链表,双链表和二叉树的指针程序的验证条件,并生成机器可检查的证明.     

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.     

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.     

一个程序验证器的设计和实现

形式验证是提高软件可信程度的重要方法,基于逻辑推理对程序性质进行严格的自动证明是当前的研究热点,但尚无可供工业界使用的产品,其根源在于自动定理证明方面的困难.介绍在通过程序分析建立起各程序点的形状图的基础上,如何利用形状图提供的信息来支持程序验证的方法.提出一种利用形状图信息来消除访问路径别名,使得指针程序中非指针部分的性质仍然可以用Hoare逻辑来进行验证的方法,并证明了该方法的可靠性.还提出一种在不使用自定义谓词的情况下,易变数据结构上数据性质的描述和验证方法.另外,介绍所设计并实现的基于上述方法的PointerC语言的程序验证器的原型.它不仅能自动验证操作易变数据结构程序的性质,也能自动验证使用一维数组的程序的性质.     

安全语言PointerC的设计及形式证明

程序设计语言本身的安全性在高安全需求软件的设计和实现中起着基础作用.该文在用于系统级编程的安全语言的设计和性质证明方面,做了有益的尝试.作者设计了一个类C的命令式语言PointerC,其主要特点在于其类型系统中包含显式的副条件(side conditions),这些副条件本质上是约束程序语法表达式值的逻辑公式.该文证明了PointerC语言的安全性定理,即满足这些副条件的程序,在执行时不会违反语言的安全策略.为静态推理副条件中涉及指针的命题,作者已经提出了一种指针逻辑(pointer logic),文中证明了指针逻辑对操作语义是可靠的.     

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.     

基于Coq的软件安全性验证

针对数组越界、空指针应用和缓冲区溢出三类威胁软件安全的不规范操作,提出了一种基于Coq验证上述三类操作的形式化方法。首先编写三类安全问题的程序实例,并采用形式化方法进行标注;其次运用Frama-C和Why工具对标注程序进行解析,生成需要证明的定理;最后基于Coq集成开发环境证明定理,实现安全问题的验证。结果表明,该方法有效验证了软件安全中的三类问题,为形式化方法在软件安全性验证方面的应用奠定了基础。     

时序逻辑语言XYZ/E中指针的形式化表示与验证

指针是一种重要的数据类型,使用指针能使程序更加有效和优美.可是指针却以不易驾御而闻名,至今在时序逻辑语言中未见到对它的形式化工作.XYZ/E既是一个时序逻辑系统也是一个程序设计语言,它能表示普通高级语言中几乎所有的重要机制.本文主要讨论在时序逻辑语言XYZ/E中指针的形式化表示问题以及在结构化XYZ/SE程序中指针的验证问题.     

二维逻辑PPTLSL的可满足性检查

由于指针的灵活性以及别名现象的存在,程序的运行可能会出现悬空指针引用、内存泄漏等诸多问题.PPTLSL是一种二维(时间和空间)时序逻辑,它结合了分离逻辑(Separation Logic)与命题投影时序逻辑PPTL(Propositional Projection Temporal Logic),能够描述和验证操作链表的指针程序的时序性质.本文简要回顾了PPTLSL的相关理论,并详细介绍工具SAT-PPTLSL的工作原理.该工具主要利用PPTLSL与PPTL之间构建起来的“同构”关系进行PPTLSL公式的可满足性检查.此外,本文结合一些实例展示了SAT-PPTLSL的执行过程,并通过实验分析了关键参数对SAT-PPTLSL执行效率的影响.