汇编级顺序语句块的自动形式化规约及其验证

软件的形式化验证是保障软件可证明性、可靠性和安全性的重要手段,但传统形式化验证脚本的生成过程复杂且需要形式化验证专家的大量手工验证。为提高证明效率,构建一种自动证明模型,并在此基础上提出语义自动规约算法以及对所规约的语义自动生成证明脚本的算法。利用C++和Python并通过交互式定理证明器Isabelle 2017在基准数据中随机选择10个程序进行测试,结果表明,与完全人工操作相比,该算法具有较高的验证效率,可实现顺序语句块的自动化规约与验证。     

基于Coq的微内核操作系统程序验证方法研究

机载嵌入式程序的可信属性验证是新一代飞机研制最关注的软件质量保障问题;基于定理证明的程序形式化验证方法是一种可靠和严格的软件正确性验证技术;文中在深入分析微内核操作系统的基础上,应用霍尔逻辑针对机载嵌入式软件核心代码开展程序验证技术研究,根据霍尔逻辑的相关推理规则进行程序验证,并在定理证明辅助工具Coq中形式化表示霍尔逻辑的推理规则,针对机载操作系统的部分程序代码实例进行验证;实验结果表明基于定理证明的程序验证方法可以对软件程序代码的正确性进行验证,从而帮助软件提供商开发高可信的机载嵌入式软件。     

基于函数式语义的循环和递归程序结构通用证明技术

各类安全攸关系统的可靠运行离不开软件程序的正确执行.程序的演绎验证技术为程序执行的正确性提供高度保障.程序语言种类繁多,且用途覆盖高可靠性场景的新式语言不断涌现,难以为每种语言设计支撑其程序验证任务的整套逻辑规则,并证明其相对于形式语义的可靠性和完备性.语言无关的程序验证技术提供以程序语言的语义为参数的验证过程及其可靠性结果.对每种程序语言,提供其形式语义后可直接获得面向该语言的程序验证过程.提出一种面向大步操作语义的语言无关演绎验证技术,其核心是对不同语言中循环、递归等可导致无界行为的语法结构进行可靠推理的通用方法.特别地,借助大步操作语义的一种函数式形式化提供表达程序中子结构所执行计算的能力,从而允许借助辅助信息对子结构进行推理.证明所提出验证技术的可靠性和相对完备性,通过命令式、函数式语言中的程序验证实例初步评估了该技术的有效性,并在Coq辅助证明工具中形式化了所有理论结果和验证实例,为基于辅助证明工具实现面向大步语义的语言无关程序验证工具提供了基础.     

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.     

一种从Z到精化演算的软件开发方法

一、引言形式化方法的研究和应用已有二十多年的历史,源于Dijkstra和Hoare的程序验证以及Scott、stratchey等人的程序语义研究,指为保证复杂系统的可靠性,以数学为基础对其进行精确描述和验证的语言、技术和工具。形式化方法的关键在于形式规约语言。通过语法和语义有严格数学定义的形式规约语言对系统及其各方面性能的描述,产生系统的形式规约,可以帮助开发者获得对所描述系统的深刻理解,并通     

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.     

常用循环摘要的自动生成方法及其应用

采用形式化方法证明软件的正确性是保障软件可靠性的有效方法,而对循环语句的分析与验证是形式化证明中的关键,对循环语句的处理一直是程序分析与验证中的一个难点问题.本文提出使用循环语句修改的内存和这些内存中存放的新值来描述循环语句的执行效果,并将该执行效果定义为循环摘要.同时,本文提出了一种自动生成循环摘要的方法,可以为操作常用数据结构的循环自动生成循环摘要,包含嵌套循环.此外,基于循环摘要,我们可以自动生成循环语句的规约,包括循环不变式、循环的前置条件以及循环的后置条件.我们已经实现了自动生成循环摘要以及循环规约的方法,并将它们集成到验证工具Accumulator中,实验表明,我们的方法可以有效地生成循环摘要,并生成多种类型的规约,从而辅助软件程序的形式化证明,提高验证的自动化程度和效率,减轻验证人员的负担.     

序列折半划分问题的形式化推导

形式化推导是在程序正确性证明理论下所进行的程序开发,最终得到完全正确的算法程序。针对序列折半划分问题,现有的形式化推导方法将推导与证明交替进行,推导过程繁琐且大多无法直接获得可执行程序。为解决上述问题,提出了一种新的序列折半划分问题的形式化推导方法。该方法基于分划递推的核心思想,应用规约变换技术对问题规约进行变换并严格保证一致性,使得在推导过程中无需交替证明,进而导出递推关系式并得到高可靠性抽象算法程序Apla,最终通过转换工具自动生成可执行程序。实现了从程序规约到具体可执行程序的完整程序求精过程。以2个序列算法为例,验证了该方法的有效性和可行性,对相关问题的形式化推导具有指导意义。     

基于UPPAAL的微内核操作系统程序验证方法研究

随着航天、航空工业的发展,机载嵌入式软件的可信属性验证是新一代飞机研制最关注的软件质量保障问题。形式化方法具有严密的数学基础,能够准确的对系统进行建模、描述和验证,能够在软件系统的设计初期发现潜在的错误,是保证机载软件可信性和安全性的软件正确性验证技术。形式化验证以形式化描述为基础,对所描述系统的特性进行分析和验证,以评判系统是否满足期望的性质,分为定理证明和模型检测两类。文章研究模型检测方法应用于程序形式化描述和验证的技术,提出基于模型检测的验证程序正确性的方案,并进行微内核操作系统程序分析,最后在UPPAAL中进行程序属性的验证。     

基于进程代数规约生成软件体系结构模型的方法

需求规约到软件体系结构(SA)模型的转换是软件工程领域的一个研究热点,UML-RT广泛用于实时系统软件体系结构建模,然而基于自然语言规约建立的UML-RT模型往往是不精确的,存在二义性,为了解决这一问题,需要赋予UML-RT模型形式化语义.进程代数是一种用来解决并发系统通信问题的形式化方法,具有精确的语法和语义,并且便于机器自动检验与验证.TCSP是进程代数CSP的实时扩展,适合于规约实时系统带有时间约束的行为.提出一种基于进程代数规约生成SA模型的方法.首先建立了自然语言规约到SA模型的转换框架;然后使用时间通信顺序进程(TCSP)描述实时系统需求规约,通过建立TCSP到UML-RT的转换机制,从而实现进程代数规约到SA模型的转换;最后通过一个实例来验证该方法在实时软件建模过程中的有效性.实验分析表明通过该方法建立的UML-RT模型能够从整体上提高实时系统SA设计的可信性.