|
|
Automata in Infinite-state Formal Verification
Lengál, Ondřej ; Jančar, Petr (oponent) ; Veith, Helmut (oponent) ; Esparza, Javier (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
The work presented in this thesis focuses on finite state automata over finite words and finite trees, and the use of such automata in formal verification of infinite-state systems. First, we focus on extensions of a previously introduced framework for verifi cation of heap-manipulating programs-in particular programs with complex dynamic data structures-based on tree automata. We propose several extensions to the framework, such as making it fully automated or extending it to consider ordering over data values. Further, we also propose novel decision procedures for two logics that are often used in formal verification: separation logic and weak monadic second order logic of one successor. These decision procedures are based on a translation of the problem into the domain of automata and subsequent manipulation in the target domain. Finally, we have also developed new approaches for efficient manipulation with tree automata, mainly for testing language inclusion and for handling automata with large alphabets, and implemented them in a library for general use. The developed algorithms are used as the key technology to make the above mentioned techniques feasible in practice.
|
|
|
Lidské rozhraní k automatovým knihovnám nástroje MONA
Pyšný, Radek ; Šimáček, Jiří (oponent) ; Rogalewicz, Adam (vedoucí práce)
Konečné stromové automaty jsou formalismem používaným v mnoha různých oblastech informatiky, mimo jiné v oblasti formální verifikace. V současné době existuje několik nástrojů pro práci s konečnými stromovými automaty, avšak knihovny nástroje MONA jsou pro tyto účely nejlepší. Právě konečné stromové automaty jsou častým nástrojem pro formální verifikaci počítačových systémů, které pracují s dynamickými datovými strukturami. Způsob, jakým je realizováno zadávání konečných stromových automatů pro knihovny nástroje MONA , je pro člověka značně náročný, protože je nutné funkci přechodu konečného stromového automatu zadat ve formě několika multiterminálních binárních rozhodovacích diagramů. Cílem této diplomové práce je navrhnout a implementovat nástroj pro převod konečných stromových automatů zapsaných výčtem pravidel do interního formátu nástroje MONA .
|
|
|
Efektivní knihovna pro práci s konečnými stromovými automaty
Lengál, Ondřej ; Konečný, Filip (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
Mnoho současných počítačových systémů používá dynamické datové či řídicí struktury předem neomezené velikosti. Tyto datové struktury mají často charakter stromů nebo se dají zakódovat jako stromy s některými dodatečnými ukazateli nad stromovou kostrou. Této skutečnosti využívají některé v současné době intenzivně studované techniky formální verifikace, které reprezentují nekonečně mnoho stavů konečným stromovým automatem. Nicméně v současnosti neexistuje efektivní a flexibilní implementace knihovny pro stromové automaty, která by byla pro tyto techniky vhodná. Cílem této diplomové práce je takovouto knihovnu poskytnout. Předložený text nejdříve popisuje základy teorie konečných stromových automatů a regulárních stromových jazyků. Dále jsou prozkoumány existující implementace knihoven pro stromové automaty a různé verifikační techniky pro systémy se stromovou strukturou. Poté se text zaobírá návrhem reprezentace stromového automatu a algoritmů provádějících standardní jazykové operace nad touto reprezentací, načež následuje popis implementace knihovny. Prostřednictvím provedených experimentů ukazujeme, že knihovna může konkurovat ostatním dostupným knihovnám pro práci se stromovými automaty, přičemž její výkon v určitých oblastech je řádově vyšší.
|
|
|
Automata in Decision Procedures and Performance Analysis
Fiedor, Tomáš ; Barnat, Jiří (oponent) ; Radu, Iosif (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
This thesis focuses on improving the state of the art of automata-based formal analysis and verification techniques for systems with an infinite state space. In the first part of the thesis, we develop two efficient decision procedures for the WS1S logic, both of them exploiting the correspondence between formulae of WS1S logic and finite automata. We start by proposing a novel antichain-based decision procedure which is, however, limited to formulae in the prenex normal form. Later, we generalize the approach to arbitrary formulae by defining the so-called language terms and constructing an on-the-fly procedure dealing with the terms using lazy techniques. In order to achieve an efficient implementation, we propose numerous optimizations (some of these optimization are not limited to our approaches only). We evaluated both our methods with other recent state-of-the art tools. The achieved results are encouraging and show we can extend the usage of WS1S to wider classes of formulae. The second part of the thesis focuses on resource bounds analysis of heap-manipulating programs. We propose a new class of shape norms based on lengths of paths between distinct points in the heap, which we derive automatically from the analysed program. For this class of norms, we introduce a calculus capable of precisely inferring changes of the analysed norms and use it to generate a corresponding integer representation of an input program followed by dedicated state-of-the art resource bounds analysis. We implemented our approach over the shape analysis based on forest-automata, implemented in the Forester tool, and using a well-established resource bounds analyser, implemented in the Loopus tool. In our experimental evaluation, we show that we indeed obtained a powerful analyser that is able to handle some showcase examples that were never analysed fully automatically before.
|
|
|
Rozhodování WS1S pomocí symbolických automatů
Bednář, Pavel ; Lengál, Ondřej (oponent) ; Holík, Lukáš (vedoucí práce)
WS1S je druhořádová logika s jednoduchou syntaxí a sémantikou, nabízející velkou stručnost popisu a rozhodnutelnost pomocí konečných automatů. Bohužel složitost rozhodovací procedůry je nonelementary, což na jednu stranu evokuje problém pro praktické aplikace, ale zároveň to představuje určitý prostor pro různé heuristiky a optimalizace. Nejpoužívanější nástroj v této oblasti, Mona, představuje ukázku toho, že konečné automaty s velkými abecedami mohou pracovat efektivně, a to díky BDD kódování přechodů. V této práci představíme novou rozhodovací procedůru pro WS1S, která zkombinuje klasický přístup s Mona přístupem tak, že přechody reprezentované pomocí BDD integrujeme přímo do automatu. Tím dosáhneme efektivity BDD přechodů, ale zároveň flexiblity díky používání čistě jen automatů a navíc oproti BDD můžeme přeskočit více proměnných nebo pracovat s nedeterminismem. Experimenty ukazují, že jsme schopni v některých oblastech konkurovat nástroji Mona a také dokážeme obecně tvořit automaty s méně stavy než Mona.
|
|
|
Automata in Decision Procedures and Performance Analysis
Fiedor, Tomáš ; Barnat, Jiří (oponent) ; Radu, Iosif (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
This thesis focuses on improving the state of the art of automata-based formal analysis and verification techniques for systems with an infinite state space. In the first part of the thesis, we develop two efficient decision procedures for the WS1S logic, both of them exploiting the correspondence between formulae of WS1S logic and finite automata. We start by proposing a novel antichain-based decision procedure which is, however, limited to formulae in the prenex normal form. Later, we generalize the approach to arbitrary formulae by defining the so-called language terms and constructing an on-the-fly procedure dealing with the terms using lazy techniques. In order to achieve an efficient implementation, we propose numerous optimizations (some of these optimization are not limited to our approaches only). We evaluated both our methods with other recent state-of-the art tools. The achieved results are encouraging and show we can extend the usage of WS1S to wider classes of formulae. The second part of the thesis focuses on resource bounds analysis of heap-manipulating programs. We propose a new class of shape norms based on lengths of paths between distinct points in the heap, which we derive automatically from the analysed program. For this class of norms, we introduce a calculus capable of precisely inferring changes of the analysed norms and use it to generate a corresponding integer representation of an input program followed by dedicated state-of-the art resource bounds analysis. We implemented our approach over the shape analysis based on forest-automata, implemented in the Forester tool, and using a well-established resource bounds analyser, implemented in the Loopus tool. In our experimental evaluation, we show that we indeed obtained a powerful analyser that is able to handle some showcase examples that were never analysed fully automatically before.
|
|
|
Lidské rozhraní k automatovým knihovnám nástroje MONA
Pyšný, Radek ; Šimáček, Jiří (oponent) ; Rogalewicz, Adam (vedoucí práce)
Konečné stromové automaty jsou formalismem používaným v mnoha různých oblastech informatiky, mimo jiné v oblasti formální verifikace. V současné době existuje několik nástrojů pro práci s konečnými stromovými automaty, avšak knihovny nástroje MONA jsou pro tyto účely nejlepší. Právě konečné stromové automaty jsou častým nástrojem pro formální verifikaci počítačových systémů, které pracují s dynamickými datovými strukturami. Způsob, jakým je realizováno zadávání konečných stromových automatů pro knihovny nástroje MONA , je pro člověka značně náročný, protože je nutné funkci přechodu konečného stromového automatu zadat ve formě několika multiterminálních binárních rozhodovacích diagramů. Cílem této diplomové práce je navrhnout a implementovat nástroj pro převod konečných stromových automatů zapsaných výčtem pravidel do interního formátu nástroje MONA .
|
|
|
Analýza stromů spolehlivosti
Masák, Tomáš ; Antoch, Jaromír (vedoucí práce) ; Bejda, Přemysl (oponent)
V práci jsou popsány vybrané procedury analýzy stromů spolehlivosti a jejich aplikace na spolehlivostní analýzu systému. Důraz je kladen především na efektivní nalezení množiny minimálních řezů za dodatečného předpokladu koherence neboli monotonie studovaných stromů spolehlivosti. Jsou představeny jak klasické způsoby hledání minimálních řezů, tak moderní přístupy využívající binární rozhodovací diagramy. Důsledné výstavbě teorie binárních rozhodovacích diagramů ze základní teorie Booleových algeber se podrobně věnujeme. Algoritmy hledání množiny minimálních řezů pomocí binárních rozhodovacích diagramů jsou popsány nejprve teoreticky a následně jsou implementovány v jazyce C++. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
|
|
|
Automata in Infinite-state Formal Verification
Lengál, Ondřej ; Jančar, Petr (oponent) ; Veith, Helmut (oponent) ; Esparza, Javier (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
The work presented in this thesis focuses on finite state automata over finite words and finite trees, and the use of such automata in formal verification of infinite-state systems. First, we focus on extensions of a previously introduced framework for verifi cation of heap-manipulating programs-in particular programs with complex dynamic data structures-based on tree automata. We propose several extensions to the framework, such as making it fully automated or extending it to consider ordering over data values. Further, we also propose novel decision procedures for two logics that are often used in formal verification: separation logic and weak monadic second order logic of one successor. These decision procedures are based on a translation of the problem into the domain of automata and subsequent manipulation in the target domain. Finally, we have also developed new approaches for efficient manipulation with tree automata, mainly for testing language inclusion and for handling automata with large alphabets, and implemented them in a library for general use. The developed algorithms are used as the key technology to make the above mentioned techniques feasible in practice.
|
|
|
Efektivní knihovna pro práci s konečnými stromovými automaty
Lengál, Ondřej ; Konečný, Filip (oponent) ; Vojnar, Tomáš (vedoucí práce)
Mnoho současných počítačových systémů používá dynamické datové či řídicí struktury předem neomezené velikosti. Tyto datové struktury mají často charakter stromů nebo se dají zakódovat jako stromy s některými dodatečnými ukazateli nad stromovou kostrou. Této skutečnosti využívají některé v současné době intenzivně studované techniky formální verifikace, které reprezentují nekonečně mnoho stavů konečným stromovým automatem. Nicméně v současnosti neexistuje efektivní a flexibilní implementace knihovny pro stromové automaty, která by byla pro tyto techniky vhodná. Cílem této diplomové práce je takovouto knihovnu poskytnout. Předložený text nejdříve popisuje základy teorie konečných stromových automatů a regulárních stromových jazyků. Dále jsou prozkoumány existující implementace knihoven pro stromové automaty a různé verifikační techniky pro systémy se stromovou strukturou. Poté se text zaobírá návrhem reprezentace stromového automatu a algoritmů provádějících standardní jazykové operace nad touto reprezentací, načež následuje popis implementace knihovny. Prostřednictvím provedených experimentů ukazujeme, že knihovna může konkurovat ostatním dostupným knihovnám pro práci se stromovými automaty, přičemž její výkon v určitých oblastech je řádově vyšší.
|
host ::
RSS.