基于分离逻辑的程序验证技术

介绍了分离逻辑的验证原理和特点及其在程序验证方面的应用实例,分析了为支持程序验证的若干分离逻辑研究进展,包括分离逻辑的自身属性、与其他逻辑的关系、对程序语言和设计模式的支持以及定理证明器等内容.指出了分离逻辑进一步深入应用所面临的问题和解决方向.     

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.     

时态逻辑与程序验证

近年来,时态逻辑大量应用于程序验证,采取的途径随使用的时态逻辑的形式和方法的不同而异。本文用自动机理论研究几种时态逻辑(LTL,BTL,POTL)的模型和模型生成子,并讨论用时态逻辑进行程序验证的的重要途径。     

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.     

基于插桩和布尔逻辑的运行时程序验证框架

针对软件测试和静态程序验证中存在的连续性程序执行验证和推理问题,提出一个基于程序插桩和布尔逻辑的运行时程序验证框架——RPA。定义一种用于描述运行时程序性质和规范的动态逻辑语言RPAL,实现自动化插桩以收集运行时程序状态信息,设计一个支持高效验证的句子调度算法。实验结果表明,结合合适的谓词扩展,RPA可以有效地验证和分析软件逻辑,发现潜在的软件错误。     

基于交互式定理证明的并发程序验证工作综述

并发程序与并发系统可以拥有非常高的执行效率和相对串行系统较快的响应速度,在现实中有着非常广泛的应用。但是并发程序与并发系统往往难以保证其实现的正确性,实际应用程序运行中的错误会带来严重的后果。同时,并发程序执行时的不确定性会给其正确性验证带来巨大的困难。在形式化验证方法中,人们可以通过交互式定理证明器严格地对并发程序进行验证。本文对在交互式定理证明中可用于描述并发程序正确性的验证目标进行总结,它们包括霍尔三元组、可线性化、上下文精化和逻辑原子性。交互式定理证明方法中常用程序逻辑对程序进行验证,本文分析了基于并发分离逻辑、依赖保证逻辑、关系霍尔逻辑等理论研究的系列成果与相应形式化方案,并对使用了这些方法的程序验证工具和程序验证成果进行了总结。     

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。     

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.     

基于逻辑的访问控制研究

描述了访问控制和逻辑的关系,并将访问控制授权判决问题归约成逻辑蕴涵问题;总结了基于逻辑的访问控制的基本逻辑问题,即逻辑基础、可判定性和安全性分析;分析了一些访问控制模型的基本逻辑问题,包括基于身份的访问控制模型、基于信任管理的访问控制模型和基于属性的访问控制模型;指出了结构化属性描述能力和安全性分析是基于逻辑的访问控制需要进一步研究的问题.     

一个统一的程序验证框架

本文提出了一个简单的方法,其中程序和其性质都由一个逻辑：时序逻辑中的公式表示．文中给出了一个程序的转换模块的定义,提出了时序执行语义的概念．它是一个时序公式,精确地说明了一个程序．将时序逻辑作为规范语言,程序正确性就意味着说明程序的公式蕴含说明性质的公式,其中蕴含即为一般的逻辑蕴含．因此,本文的方法为并发程序的规范及验证提供了一个统一的框架．它允许充分利用现有的用于证明并发系统时序性质的各种完全证明系统．一个缓冲系统的简单例子用来说明本文的方法．此例子表明本文的方法是可行的.     

基于隔离逻辑的并行程序可靠性验证方法

并行程序验证的复杂性在于执行流程的不确定性以及由此导致的执行规模变大,使得验证的内容和目标之间的关系不明确。为解决该问题,提出一种基于隔离逻辑的并行程序可靠性验证方法。通过变量的执行关系图,描述变量相关的语句及执行关系,将所需验证的程序性质逻辑式转换为变量并行语句序列的逻辑组合式,使得性质表达式与并发程序的语句相关联。根据逻辑组合式确定语句执行序列和前后件逻辑表达式,基于并发隔离逻辑的公理系统对语句执行序列进行验证,并根据验证结果对并发程序进行修改和完善。通过对银行柜台业务办理的功能模块验证结果表明该方法是有效的。     

Certifying Concurrent Programs Using Transactional Memory

Transactional memory (TM) is a new promising concurrency-control mechanism that can avoid many of the pitfalls of the traditional lock-based techniques. TM systems handle data races between threads automatically so that programmers do not have to reason about the interaction of threads manually. TM provides a programming model that may make the development of multi-threaded programs easier. Much work has been done to explore the various implementation strategies of TM systems and to achieve better perfor...     

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.     

The use of hoare logic in the verification of horizontal microprograms

In recent years, much effort has been devoted to the design and implementation of microprogramming languages that support the production of highly reliable yet efficient run time microcode. One of the goals for such languages is to facilitate the formal verification of microprograms using Hoare's inductive assertion method. Essential to the use of this method is an axiomatic definition of the microprogramming language.In this paper, we describe the axiomatization of a machine dependent microprogramming language called S*(QM-1)⁽¹⁾. This language is an instantiation of the machine independent language schema S*^(2,3) based on the Nanodata QM-1 nanolevel architecture, and is designed for the development and specification ofhorizontal microprograms. We discuss the rationale underlying the design and axiomatization of this language and we show, using S*(QM-1) as a case study, some of the important points in which the verification of firmware differs from software verification.     

A mechanically verified code generator

We describe the specification, implementation and proof of correctness of a code generator for a subset of Gypsy 2.05. The code generator is specified in the Boyer-Moore logic; its proof is fully machine-checked using the Kaufmann-enhanced Boyer-Moore theorem prover. Our code generator sits atop a stack of verified system components providing a prototype development environment for constructing highly reliable application Programs.     

操作系统内核程序函数执行上下文的自动检验

函数执行上下文正确性是操作系统内核程序最容易违反且难以检查的正确性性质.应用传统的技术检查该类错误都有一定的困难和局限性.提出一个验证函数执行上下文正确性的框架PRPF,详细描述了其建模过程和相关算法.PRPF相比传统技术的优势有:直接检查源代码、无须编写形式化的验证规约、较低的时空运行开销、良好的可扩展性等等.该技术已应用在Linux内核2.4.20的网络设备驱动程序检查中.应用表明,PRPF能够自动探测程序中所有执行路径,有效地检查函数执行上下文的正确性.实验发现了Linux内核的23处编程错误,另有