基于事件确定有限自动机的UML2.0 序列图描述与验证

为了确保软件分析与设计阶段UML2.0序列图模型的可靠性,采用命题投影时序逻辑(propositional projection temporal logic,简称PPTL)模型检测方法对该模型进行分析和验证.提出了事件确定有限自动机(event deterministic finite automata,简称ETDFA),并使用该自动机为序列图建立形式化模型,通过给出的基于ETDFA的PPTL模型检测算法得到验证结果.该方法可以在基于Spin的PPTL模型检测器的支持下实现.实例结果表明,该方法可以验证序列图的性质并保证其可靠性.     

基于场景的联锁软件形式化模型生成方法

为保证列车运行安全和旅客生命财产安全,对车站联锁控制系统进行有效的分析、验证和测试是必不可少的,而形式化模型是联锁系统分析、验证和测试的基础.以计算机联锁软件的UML半形式化模型为基础,以事件确定有限自动机模型作为描述系统的形式化模型,研究UML2.0顺序图转换为事件确定有限自动机模型的方法.首先选取一组与交互行为相关的全局变量作为状态向量来分析和消解顺序图各个场景的消息以及不同场景间的同一消息的前后置状态向量值是否存在矛盾,从而得到一致性的需求场景;然后提取各对象的事件序列生成对应的事件确定有限自动机;最后通过组合系统中对象的自动机模型得到系统的事件确定有限自动机模型.该方法改善了安全苛求软件的设计与开发,为软件质量评估提供了技术支撑.     

车站联锁进路控制逻辑的形式化方法

基于计算机联锁系统是一个对列车行驶系统提供安全条件的系统,车站联锁系统是保证车站行车安全和提高运输效率的典型安全苛求性系统。以形式化 方法Event-B为基础,引入角色Agent对联锁系统进行规范定义,通过智能体与Event-B的建模和验证,构造了车站联锁进路控制逻辑形式化验证模型,并进行 了形式化规范和推理,该模型在RODIN平台上进行验证,通过实例验证,满足了计算机联锁系统的安全需求。     

基于UML的计算机联锁软件的分析与建模

有效地测试、分析和验证计算机联锁软件是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。以联锁软件的UML非形式化模型为基础,以有限状态机模型为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为有限状态机模型的方法。首先将场景的UML顺序图转化为FSP进程代数模型,然后通过合并不同对象的进程代数模型,得到系统的有限状态机模型。最后以接车进路用例为例生成系统的有限状态机模型,以验证该方法的可行性和有效性。     

基于形式化方法的有限域乘法器的建模与验证

针对有限域乘法器设计正确性的问题进行研究,阐述了有限域乘法器在高阶逻辑定理证明器HOL4中进行形式化建模和验证的过程。通过分析电路的结构特性和时序特性,提出了结合层次化和基于周期的形式化建模方法,构建4位多项式基有限域乘法器的形式化模型;最后在HOL4系统中完成对其相关性质的验证。实验结果证明了该有限域乘法器设计的正确性,同时表明所提出的建模方法对时序逻辑电路的验证是有效的。     

802.11i双向认证协议的模型检查

确保安全协议的正确性对于保证Internet上安全敏感的业务非常重要。采用形式化方法建模和验证安全协议可以检测到传统测试手段难以发现的错误。模型检查作为形式化验证方法的一种,有着自动化和提供反例等诸多优点。使用模型检查工具SPIN对802.11i双向认证协议EAP-TLS进行验证,提取出包含协议设计重要细节的形式化模型,对协议安全属性采用线性时态逻辑抽象,并验证协议模型是否满足安全属性。提出了一种使用PROMELA建模认证协议的方法。     

基于场景分析的系统形式化模型生成方法

采用形式化方法对系统的安全性进行分析与验证,是构造可靠安全软件系统的一个重要途径。当前的形式化安全分析方法,面临着系统的形式化建模难的问题。以铁路车站联锁系统中基本进路建立为例,提出基于场景分析的系统形式化模型生成方法。该方法首先采用OCL前/后置条件分析法对UML时序场景作一致性分析,然后将UML时序图中对象交互的行为序列转换成FSP进程代数模型,进而得到系统的形式化模型。该方法为系统的形式化建模提供了新思路,从安全质量方面改善了安全苛求软件的设计与开发,丰厚了基于模型的软件形式化开发方法。     

基于梯形逻辑的联锁系统形式化验证方法

铁路联锁系统设计通常采用梯形逻辑进行建模。为了实现对铁路联锁系统进行形式化验证的目的,根据梯形逻辑的状态变迁语义,将梯形逻辑表示的联锁系统模型转换成模型检测工具NuSMV的语言,并将铁路联锁系统的安全需求表示为计算树逻辑(CTL),最后实现基于NuSMV的铁路联锁系统设计模型的形式化验证。     

基于CPN的联锁进路控制建模及验证

颜色集、层次化的概念使得有色Petri网(Colored Petri Nets,CPN)能够方便地对大型复杂系统进行形式化模型验证分析,铁路车站信号计算机联锁逻辑关系形式化验证方法的研究,对于减少联锁软件开发过程中的不确定性,提高联锁系统的安全性、可靠性,保障行车安全具有重要意义,联锁系统进路控制是联锁逻辑关系的重要内容,在分析联锁进路控制的基础上,采用CPN对联锁进路控制建立形式化分析模型,为车站信号计算机联锁逻辑关系形式化验证方法的研究提供一种联锁进路控制的形式化验证方法,同时通过CPN Tools对所建立的模型进行仿真分析及状态空间分析,结果表明模型能够正确描述联锁进路控制流程及联锁进路控制的功能逻辑,且状态空间分析结果与联锁进路控制逻辑完全相符。     

基于Petri网的联锁软件测评仿真建模

车站联锁软件一直有着严格的测试要求,仿真模块是软件测试的重要组成部分,Petri网作为形式化语言的一种,有着准确与完备的特点,对于联锁软件这类安全苛求软件的测试尤为适合,提出了一种使用Petri网对联锁软件测试中仿真模块建模的方式,并分别给出了用基本Petri网和有色Petri网的2个建模实例.该模型有助于提高铁路联锁软件测试系统的安全性与精确性.     

基于Hoare逻辑的密码软件形式化验证系统

在Hoare逻辑理论和ACSL语法规范的基础上,设计一种针对密码软件的形式化验证系统,由程序规范、验证推理规则、可靠性策略、验证推理等模块组成。以OpenSSL中RC4算法的软件实现为例,对其功能正确性、保险性和信息流安全性进行验证,结果表明,该系统具有较高的自动化水平,可在一定程度上降低形式化验证方法的复杂度。     

PAR平台中若干软件构件形式化验证技术研究

PAR平台是本团队研制成功的支撑软件形式化和自动化开发的软件平台。该平台充分体现了功能抽象和数据抽象的优越性,使得软件开发变得便捷和可靠,达到这一性能的关键要素是一批可重用软件构件。为保证整个软件平台的正确性和可靠性,确保其中软件构件的正确性和可靠性就显得十分重要。选取PAR平台中若干典型软件构件,用形式化方法对构件的语义进行形式化描述,并借助Coq定理证明系统,对构件的正确性进行形式化验证,大幅度提高了软件构件形式化验证的效率。     

基于SysML的复杂机电系统设计模型形式化扩展与验证

形式化系统验证是保证系统设计正确性的一种重要手段.如何针对复杂机电系统物理与软件相融合的特征,对系统设计的动态特征进行验证,是系统验证研究领域亟待解决的问题.针对这一问题,对系统工程标准建模语言SysML进行扩展,提出了一套形式化系统模型验证方法.首先,以计算树逻辑和基于流的功能表示为形式化基础,形成基于SysML的系统功能建模方法;然后,以混合自动机为基础,建立基于SysML的系统行为建模方法;最后,针对物理与软件子系统的不同动态特征,借助NuSMV模型校验器,以层次化方式实现系统模型的自动验证.以移动机器人系统为例,展示了复杂机电系统设计模型的自动验证过程.     

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HOL4的形式化方法

针对计算机系统设计的正确性问题,研究了一种在测试空间上完备的形式化方法,探讨了硬件系统在定理证明器HOL4中进行形式化验证的一般方法,其中包括如何采用高阶逻辑形式化描述系统的实现与规范,以及在HOL4中证明目标的一般过程.同时,以乘法器为实例,提出一种功能分解法对需要分析的电路进行形式化建模,并对模型的性质在HOL4中进行推理与验证,从而证明了乘法器电路设计的模型满足所提取的性质.     

设备自动巡检控制逻辑的层级时间自动机建模与验证

地下建筑工程中的设备系统经常处于静止状态,为保证其在需要时能安全可靠地运行,需对设备进行定期的自动巡检。在自动巡检的过程中,设备自动巡检控制逻辑起到了举足轻重的作用。为了解决复杂的设备自动巡检控制逻辑造成的一系列问题,之前提出了一种层级有限自动机(HFA)的形式化模型,并利用HFA对设备自动巡检控制逻辑实现了行为建模,但并未添加时间属性,也未验证其正确性与可靠性。现提出一种层级时间自动机形式化模型,并利用它对设备自动巡检控制逻辑进行建模,再利用UPPAAL对其进行分析与形式化验证,分别验证其安全性、可达性、活性及时间约束,以此来确保其时效正确性与可靠性。这种建模与形式化验证方法弥补了之前无时间约束的漏洞,有效确保了设备自动巡检控制逻辑的正确性与可靠性。最终,该模型通过了模拟和验证,这充分证明了设备自动巡检控制逻辑是正确可靠的。     

GJK算法的一种特殊情形的形式化验证和应用

计算几何算法经常用于机器人避碰运动规划等安全攸关领域,对这些算法进行正确性证明非常重要.用形式化方法对算法进行验证是一种十分有效的手段,尤其是定理证明的方法用严格的数学公理和定理推理证明逻辑模型的性质,对所验证的性质而言是完备的.基于GJK算法设计了计算空间两条线段间距离的算法,用定理证明器HOL4对其相关的定义和定理进行形式化定义和证明,进而基于霍尔逻辑完成形式化表示和证明,对该算法的正确性实现了形式化验证.最后,给出了这一经过验证的算法在双臂机器人无碰撞运动规划中的应用.     

基于Petri网的铁路联锁软件测评的道岔仿真建模

车站联锁软件一直有着严格的测试要求,仿真模块是测试的重要组成部分,Petri网作为形式化语言的一种,有着准确与完备的特点,对于安全苛求软件的测试尤为适合,该文提出了一种使用Petri网对联锁软件测试中仿真模块建模的方式,并分别给出了针对铁路道岔的基于基本Petri网和有色Petri网2个建模实例。该模型有助于提高测试系统的安全性与精确性。     

操作系统汇编级形式化设计和验证方法

由于系统的巨大规模,操作系统设计和实现的正确性很难用传统的方法进行描述和验证.在汇编层形式化地对系统模块的功能语义进行建模,提出一种汇编级的系统状态模型,作为汇编语言层设计和验证的纽带.通过定义系统状态模型的合法状态和状态转换函数来建立系统状态模型的论域,并以此来描述汇编层的论域.通过验证汇编层的功能模块的正确性来保证汇编语言层设计的正确性,达到对系统功能实现的正确性验证.同时,使用定理证明工具Isabelle/HOL来形式化地描述这一系统状态模型,基于这一形式化模型,在Isabelle/HOL中验证系统模块的功能语义的正确性.以实现的安全可信OS（verified secure operating system,简称VSOS）为例,阐述了所提出的形式化设计和验证方法,说明了这一方法的可行性.     

基于主观估计法和FMEDA的失效数据分析及应用

针对安全仪表系统安全完整性等级验证（SIL）和机械装置的失效模式、影响及诊断分析（FMEDA）缺乏特定工厂环境、联锁回路中的产品（如阀门、变送器、逻辑控制器等）失效数据这一关键不足,提出了一种基于主观估计法和皮尔逊卡方检验法的失效数据分析方法,并以丙烯腈反应器出口温度高联锁回路中的气动薄膜调节阀为例,应用该方法估计产品寿命分布和实际失效率;应用机械FMEDA法和故障树（FTA）法对回路进行SIL验证,给出改进措施。结果表明,应用该方法获取的产品失效数据对相应联锁回路进行SIL验证比应用国外通用数据库更准确。