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.     

基于抽象解释的Prolog程序验证技术研究

作为一种通用的语义近似理论,抽象解释已广泛应用于各类程序的形式化验证中.现有基于抽象解释的逻辑程序验证技术未涉及与程序点相关联的程序性质的验证,设计能够描述此类性质的逻辑程序具体语义和抽象语义是构造相应验证工具的关键.本文给出了一种基于抽象解释的Prolog程序验证方法,该方法采用了具有路径信息的Prolog语义及其抽象作为语义基础,因而可用于验证与程序点相关联的程序特性.本文例子表明了该验证方法的有效性.     

面向未解释程序的合作验证方法

未解释程序的验证问题通常是不可判定的,但是最近有研究发现,存在一类满足coherence性质的未解释程序,其验证问题是可判定的,并且计算复杂度为PSPACE完全的.在这个结果的基础上,一个针对一般未解释程序验证的基于路径抽象的反例抽象精化（CEGAR）框架被提出,并展现了良好的验证效率.即使如此,对未解释程序的验证工作依然需要多次迭代,特别是利用该方法在针对多个程序验证时,不同的程序之间的验证过程是彼此独立的,存在验证开销巨大的问题.本文发现被验证的程序之间较为相似时,不可行路径的抽象模型可以在不同的程序之间复用.因此,本文提出了一个合作验证的框架,收集在验证过程中不可行路径的抽象模型,并在对新程序进行验证时,用已保存的抽象模型对程序进行精化,提前删减一些已验证的程序路径,从而提高验证效率.此外,本文通过对验证过程中的状态信息进行精简,对现有的基于状态等价的路径抽象方法进行优化,以进一步提升其泛化能力.本文对合作验证的框架以及路径抽象的优化方法进行了实现,并在两个具有代表性的程序集上分别取得了2.70x和1.49x的加速.     

面向程序验证的并行程序状态空间态约简技术综述

程序验证是保证程序安全性的重要手段.随着采用多核技术的硬件环境日渐普及,越来越多的软件正通过转向基于共享内存的并行程序模型来充分利用现有的计算资源.各线程在并行执行时通过共享内存的访问互相干扰执行状态,导致可能执行路径数成几何级数增长,进而产生可达状态空间爆炸问题.由于验证并行程序安全性主要通过分析程序可达状态来实现,因此,对并行程序可达状态空间的约简是决定并行程序验证效率的关键因素.首先对面向并行程序验证的并行程序可达状态空间约简方法进行了分类,然后对各类可达状态空间约简方法分别进行了分析和总结,最后指出了当前存在的问题和未来解决这些问题的研究方向.     

一种C程序断言的全自动静态验证方法

在软件程序中插入断言是保证软件质量的一个简单但有效的方法，人们常使用测试的方法检验程序中的断言是否满足，但测试很难保证验证的完备性。本文提出了一种可以保证完备性的全自动静态断言验证方法，其基本思想是基于程序切片符号执行程序的所有执行路径，并证明路径上的所有断言都满足。为了尽量减少符号执行的语句的数量，使用了基于反例的抽象精化方法，从一个粗略的切片标准开始迭代地符号执行一爷路径，根据验证的反例自动生成下一次迭代过程中使用的精化的切片标准。包含循环的程序可能具有无穷多条程序执行路径，提出的基于符号执行上下文不变式证明的方法可以证明由于循环导致的无穷多条路径中断言都满足，从而使得验证过程可以终止。实验表明，提出的全自动静态断言验证方法不仅可行，而且验证代价较小，具有较强的实用性。     

基于KeY的程序分析和验证

可信性是各安全攸关领域软件的基础要求,例如航空航天飞行器控制软件、核电站控制软件和交通控制管理软件等,基于形式化方法的程序验证和分析是确保软件正确,具有可信性的重要手段。相比软件测试,基于定理证明的程序验证具有语法和语义的严格性,和属性相关的完备性。本文对程序形式化Hoare语义规约和相关的程序逻辑推理规则系统进行了详细的讨论。基于形式化验证平台Ke Y,采用完全自动化和交互式两种方法,对具有一定规模的,含有循环结构,并且具有实际意义的程序进行验证。研究证明过程的具体证明策略和方法,尤其是关于循环不变式的规约方法;对Ke Y的证明效率,先进性和局限性进行评估。     

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.     

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.     

基于VMM层系统调用分析的软件完整性验证

在虚拟化云计算平台中,如何保证其上运行软件的可信性是云平台广泛应用的关键.完整性测量与验证技术是保证软件系统可信性的一种主要方法.然而,现有的软件完整性验证系统大多需要修改操作系统内核,很难为大规模虚拟机环境中的众多异构系统提供一致解决方案,且无法抵御内核级恶意攻击.针对当前方法在兼容性、安全性以及可管理性上存在的问题,设计并实现了一种在VMM层基于系统调用分析技术来验证软件完整性的方法VMGuard.它通过截获客户操作系统中的系统调用来识别软件加载,并基于系统调用关联性分析和虚拟机文件系统元数据重构技术来验证客户操作系统中软件的完整性.在Qemu和KVM两种主流虚拟化平台上实现了VMGuard,并通过实验评测VMGuard的有效性和性能.实验结果表明,VMGuard能够有效验证客户操作系统中软件的完整性,且性能开销在10%以内.     

一种寻找测试值断言证明程序正确的方法

程序正确性证明采用程序调试虽然有利于检测程序的错误,但不能保证程序是正确的;采用程序验证虽然可以证明程序正确,但困难之处在于用户必须提出一系列的中间断言作为验证条件,而寻找这组中间断言是最困难的,也是程序验证的关键。为此,本文讨论对程序的静态分析产生的解的不变式与动态测试所获得的测试值相符合的方法,以此导出程序正确性的证明。这样既避免了程序验证所须的证明一组验证条件的长而使人腻烦的工作,也避免了程序调试必须选择样品调试数据的较难克服的困难。     

煤矿井下安全监控分站的设计及其仿真实现

为了设计一种具有低成本、低功耗、易操作、功能强且可靠性高的煤矿井下安全分站,针对煤矿安全生产实际,文章提出了采用MCS-51系列单片机为核心、具有CAN总线通信接口的煤矿井下安全监控分站的设计方案;首先给出煤矿井下安全监控分站的整体构架设计,然后着重阐述模拟量输入信号处理系统的设计过程,最后说明单片机最小系统及其键盘、显示、报警、通信等各个组成部分的设计;为验证设计方案的可行性与有效性,使用Proteus软件对设计内容进行仿真验证,设计的煤矿井下安全监控分站具有瓦斯、温度等模拟量参数超标报警功能和电机开停、风门开闭等开关量指示功能;仿真结果表明:设计的煤矿井下安全监控分站具有一定的实际应用价值.     

View-based model-driven architecture for enhancing maintainability of data access services

In modern service-oriented architectures, database access is done by a special type of services, the so-called data access services (DAS). Though, particularly in data-intensive applications, using and developing DAS are very common today, the link between the DAS and their implementation, e.g. a layer of data access objects (DAOs) encapsulating the database queries, still is not sufficiently elaborated, yet. As a result, as the number of DAS grows, finding the desired DAS for reuse and/or associated documentation can become an impossible task. In this paper we focus on bridging this gap between the DAS and their implementation by presenting a view-based, model-driven data access architecture (VMDA) managing models of the DAS, DAOs and database queries in a queryable manner. Our models support tailored views of different stakeholders and are scalable with all types of DAS implementations. In this paper we show that our view-based and model driven architecture approach can enhance software development productivity and maintainability by improving DAS documentation. Moreover, our VMDA opens a wide range of applications such as evaluating DAS usage for DAS performance optimization. Furthermore, we provide tool support and illustrate the applicability of our VMDA in a large-scale case study. Finally, we quantitatively prove that our approach performs with acceptable response times.     

A pragmatic multi-method investigation of discrepant technological events: Coping,attributions, and ‘accidental’ learning

Discrepant technological events or situations that entail a problem, a misunderstanding or a difficulty with the Information Technology (IT) being employed, are common in the workplace, and can lead to frustration and avoidance behaviors. Little is known, however, about how individuals cope with these events. This paper examines these events by using a multi-method pragmatic approach informed by coping theory. The results of two studies – a critical incident study and an experiment – serve to build and test, respectively, a theoretical model that posits that individuals use a variety of strategies when dealing with these events: they experience negative emotions, make external attributions, and adopt engagement coping strategies directed at solving the event, eventually switching to a disengagement coping strategy when they feel they have no control over the situation. Furthermore, users’ efforts may result in ‘accidental’ learning as they try to overcome the discrepant IT events through engagement coping. The paper ends with a discussion of the results in light of existing literature, future opportunities for research, and implications for practice.     

The Distributed Time-Triggered Simulation Scheme: Core Principles and Supporting Execution Engine

Distributed real-time simulation is a young technology field but its practice is under increasing demands. In recent years the author and his collaborators have been establishing a new approach called the distributed time-triggered simulation (DTS) scheme which is conceptually simple and easy to use but widely applicable. The concept was initiated in the course of developing a new-generation object-oriented real-time programming scheme called the time-triggered message-triggered object (TMO) programming scheme. Some fundamental issues inherent in distributed real-time simulation that were learned during recent experimental studies are discussed along with some approaches for resolving the issues. An execution engine developed to support both the TMOs engaged in control computation and the TMOs engaged in DTS is also discussed along with its possible extensions that will enable significantly larger-scale DTSs.     

Software-Konfigurationsmanagement in großen Softwareprojekten

Zusammenfassung Mit zunehmender Größe der Softwaresysteme verschärfen sich die für die Software-Herstellung typischen Probleme: Beherrschen großer Objektmengen, Erhalten der Systemkonsistenz, Kontrolle der ständigen Änderungseinflüsse und Gewährleisten einer langen Lebensdauer. Die Disziplin Konfigurationsmanagement bildet den methodischen Ansatz, diese Probleme besser zu beherrschen. Software-Konfigurationsmanagement faßt die Herstellung von Softwaresystemen als eine Abfolge von kontrollierten Änderungen an gesicherten Zwischen- und Endergebnissen auf. Dargestellt werden die Objekte und Funktionen des Software-Konfigurationsmanagements sowie die hierfür in großen Software-Projekten benötigten Methoden, Instanzen und Hilfsmittel.     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and     

Editorial:Brain-machine interface(BMI) and cyborg intelligence

正Brain-machine interfaces(BMIs)aim at building a direct communication pathway between the brain and an external device,and represent an area of research where significant progress has been made during the past decade.Based on BMIs,mind information can be read out by neural signals to control     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and overseas to the world’s scientific circles,especially to stimulate     

SCIENCE CHINA Information Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and overseas to the world’s scientific circles,especially to stimulate