|
Automata in Infinite-state Formal Verification
Lengál, Ondřej ; Jančar, Petr (referee) ; Veith, Helmut (referee) ; Esparza, Javier (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce se zaměřuje na konečné automaty nad konečnými slovy a konečnými stromy, a použití těchto automatů při formální verifikaci nekonečně stavových systémů. Práce se nejdříve věnuje rozšíření existujícího přístupu pro verifikaci programů které manipulují s haldou (konkrétně programů s dynamickými datovými strukturami), jenž je založen na stromových automatech. V práci je navrženo několik rozšíření tohoto přístupu, jako například jeho plná automatizace či jeho rozšíření o podporu uspořádaných dat. V práci jsou popsány nové rozhodovací procedury pro dvě logiky, které jsou často používány ve formální verifikaci: pro separační logiku a pro slabou monadickou druhořádovou logiku s následníkem. Obě tyto rozhodovací procedury jsou založeny na převodu jejich problému do automatové domény a následné manipulaci v této cílové doméně. Posledním přínosem této práce je vývoj nových algoritmů k efektivní manipulaci se stromovými automaty, s důrazem na testování inkluze jazyků těchto automatů a manipulaci s automaty s velkými abecedami, a implementace těchto algoritmů v knihovně pro obecné použití. Tyto vyvinuté algoritmy jsou použity jako klíčová technologie, která umožňuje použití výše uvedených technik v praxi.
|
|
Analysis and Testing of Concurrent Programs
Letko, Zdeněk ; Lourenco, Joao (referee) ; Sekanina, Lukáš (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
V disertační práci je nejprve uvedena taxonomie chyb v souběžném zpracování dat a přehled technik pro jejich dynamickou detekci. Následně jsou navrženy nové metriky pro měření synchronizace a souběžného chování programů společně s metodologií jejich odvozování. Tyto techniky se zejména uplatní v testování využívajícím techniky prohledávání prostoru a v saturačním testování. Práce dále představuje novou heuristiku vkládání šumu, jejímž cílem je maximalizace proložení instrukcí pozorovaných během testování. Tato heuristika je porovnána s již existujícími heuristikami na několika testech. Výsledky ukazují, že nová heuristika překonává ty existující v určitých případech. Nakonec práce představuje inovativní aplikaci stochastických optimalizačních algoritmů v procesu testování vícevláknových aplikací. Principem metody je hledání vhodných kombinací parametrů testů a metod vkládání šumu. Tato metoda byla prototypově implementována a otestována na množině testovacích příkladů. Výsledky ukazují, že metoda má potenciál vyznamně vylepšit testování vícevláknových programů.
|
|
Relational Verification of Programs with Integer Data
Konečný, Filip ; Bouajjani, Ahmed (referee) ; Jančar, Petr (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce představuje nové metody pro verifikaci programů pracujících s neomezenými celočíslenými proměnnými, konkrétně metody pro analýzu dosažitelnosti a~konečnosti. Většina těchto metod je založena na akceleračních technikách, které počítají tranzitivní uzávěry cyklů programu. V práci je nejprve představen algoritmus pro akceleraci několika tříd celočíselných relací. Tento algoritmus je až o čtyři řády rychlejší než existující techniky. Z teoretického hlediska práce dokazuje, že uvažované třídy relací jsou periodické a~poskytuje tudíž jednotné řešení prolému akcelerace. Práce dále představuje semi-algoritmus pro analýzu dosažitelnosti celočíselných programů, který sleduje relace mezi proměnnými programu a~aplikuje akcelerační techniky za účelem modulárního výpočtu souhrnů procedur. Dále je v práci navržen alternativní algoritmus pro analýzu dosažitelnosti, který integruje predikátovou abstrakci s accelerací s cílem zvýšit pravděpodobnost konvergence výpočtu. Provedené experimenty ukazují, že oba algoritmy lze úspěšně aplikovat k verifikaci programů, na kterých předchozí metody selhávaly. Práce se rovněž zabývá problémem konečnosti běhu programů a~dokazuje, že tento problém je rozhodnutelný pro několik tříd celočíselných relací. Pro některé z těchto tříd relací je v práci navržen algoritmus, který v polynomiálním čase vypočítá množinu všech konfigurací programu, z nichž existuje nekonečný běh. Tento algoritmus je integrován do metody, která analyzuje konečnost běhů celočíselných programů. Efektivnost této metody je demonstrována na několika netriviálních celočíselných programech.
|
|
Grammars with Restricted Derivation Trees
Koutný, Jiří ; Janoušek, Jan (referee) ; Vojnar, Tomáš (referee) ; Meduna, Alexandr (advisor)
V této disertační práci jsou studovány teoretické vlastnosti gramatik s omezenými derivačními stromy. Po uvedení současného stavu poznání v této oblasti je výzkum zaměřen na tři základní typy omezení derivačních stromů. Nejprve je představeno zcela nové téma, které je založeno na omezení řezů a je zkoumána vyjadřovací síla takto omezené gramatiky. Poté je zkoumáno několik nových vlastností omezení kladeného na cestu derivačních stromů. Zejména je studován vliv vymazávacích pravidel na vyjadřovací sílu gramatik s omezenou cestou a pro tyto gramatiky jsou zavedeny dvě normální formy. Následně je popsána nová souvislost mezi gramatikami s omezenou cestou a některými pseudouzly. Dále je prezentován protiargument k vyjadřovací síle tohoto modelu, která byla dosud považována za dobře známou vlastnost. Nakonec je zavedeno zobecnění modelu s omezenou cestou na ne jednu, ale několik cest. Tento model je následně studován zejména z hlediska vlastností vkládání, uzávěrových vlastností a vlastností syntaktické analýzy.
|
|
Evolutionary Approach to Synthesis and Optimization of Ordinary and Polymorphic Circuits
Gajda, Zbyšek ; Schmidt, Jan (referee) ; Zelinka,, Ivan (referee) ; Sekanina, Lukáš (advisor)
Tato disertační práce se zabývá evolučním návrhem a optimalizací jak běžných, tak polymorfních digitálních obvodů. V práci jsou uvedena a vyhodnocena nová rozšíření kartézského genetického programování (Cartesian Genetic Programming, CGP), která umožňují zkrácení výpočetního času a získávání kompaktnějších obvodů. Další část práce se zaměřuje na nové metody syntézy polymorfních obvodů. Uvedené metody založené na polymorfních binárních rozhodovacích diagramech a polymorfním multiplexovaní rozšiřují běžné reprezentace digitálních obvodů, a to s ohledem na začlenění polymorfních hradel. Z důvodu snížení počtu hradel v obvodech syntetizovaných uvedenými metodami je provedena evoluční optimalizace založená na CGP. Implementované polymorfní obvody, které jsou optimalizovány s využitím CGP, reprezentují nejlepší známá řešení, jestliže je jako cílové kritérium brán počet hradel obvodu.
|
|
Test Application Methodology Based On the Identification of Testable blocks
Herrman, Tomáš ; Plíva, Zdeněk (referee) ; Racek, Stanislav (referee) ; Kotásek, Zdeněk (advisor)
The PhD thesis deals with the analysis of digital systems described on RT level. The methodology of data paths analysis is decribed, the data path controller analysis is not solved in the thesis. The methodology is built on the concept of Testable Block (TB) which allows to divide digital component to such segments which can be tested through their inputs/outputs, border registers and primary inputs/outputs are used for this purpose. As a result, lower number of registers is needed to be included into scan chain - border registers are the only ones which are scanned. The segmentation allows also to reduce the volume of test vectors, tests are generated for segments, not for the complete component. To identify TBs, two evolutionary algorithms are used, they operate on TB formal model which is also defined in the thesis.
|
|
Synchronous Formal Systems Based on Grammars and Transducers
Horáček, Petr ; Janoušek, Jan (referee) ; Yamamura,, Akihito (referee) ; Meduna, Alexandr (advisor)
Tato disertační práce studuje synchronní formální systémy založené na gramatikách a převodnících a zkoumá jak jejich teoretické vlastnosti, tak i perspektivy praktických aplikací. Práce představuje nové koncepty a definice vycházející ze známých principů řízeného přepisování a synchronizace. Navrhuje alternativní způsob synchronizace bezkontextových gramatik, založený na propojení pravidel. Tento princip rozšiřuje také na řízené gramatiky, konkrétně gramatiky s rozptýleným kontextem a maticové gramatiky. Dále je představen na podobném principu založený nový druh převodníku, tzv. pravidlově omezený převodník. Jedná se o systém složený z konečného automatu a bezkontextové gramatiky. Práce prezentuje nové teoretické výsledky ohledně generativní a přijímajicí síly. Poslední část práce zkoumá možnosti lingvisticky orientovaných aplikací se zameřením na překlad přirozeného jazyka. Diskutuje a srovnává hlavní výhody nových modelů s využitím vybraných případových studií z českého, anglického a japonského jazyka pro ilustraci.
|
|
OPTIMIZATION OF ALGORITHMS AND DATA STRUCTURES FOR REGULAR EXPRESSION MATCHING USING FPGA TECHNOLOGY
Kaštil, Jan ; Plíva, Zdeněk (referee) ; Vlček, Karel (referee) ; Kotásek, Zdeněk (advisor)
Disertační práce se zabývá rychlým vyhledáváním regulárních výrazů v síťovém provozu s použitím technologie FPGA. Vyhledávání regulárních výrazů v síťovém provozu je výpočetně náročnou operací využívanou převážně v oblasti síťové bezpečnosti a v oblasti monitorování provozu vysokorychlostních počítačových sítí. Současná řešení neumožňují dosáhnout požadovaných multigigabitových propustností při dodržení všech požadavků, které jsou na vyhledávací jednotky kladeny. Nejvyšších propustností dosahují implementace založené na využití inovativních hardwarových architektur implementovaných v FPGA případně v ASIC. Tato disertační práce popisuje nové architektury vyhledávací jednotky, které jsou vhodné pro implementaci jak v FPGA tak v ASIC. Základní myšlenkou navržených architektur je využití perfektní hashovací funkce pro implementaci přechodové tabulky konečného automatu. Dále byla navržena architektura, která umožňuje uživateli zanést malou pravděpodobnost chyby při vyhledávání a tím snížit paměťové nároky vyhledávací jednotky. Disertační práce analyzuje vliv pravděpodobnosti této chyby na celkovou spolehlivost systému a srovnává ji s řešením používaným v současnosti. V rámci disertační práce byla provedena měření vlastností regulárních výrazů používaných při analýze provozu moderních počítačových sítí. Z provedené analýzy vyplývá, že velká část regulárních výrazů je vhodná pro implementaci pomocí navržených architektur. Pro dosažení vysoké propustnosti vyhledávací jednotky práce navrhuje nový algoritmus transformace abecedy, který umožňuje, aby vyhledávací jednotka zpracovala více znaků v jednom kroku. Na rozdíl od současných metod, navržený algoritmus umožňuje konstrukci automatu zpracovávajícího libovolný počet symbolů v jednom taktu. Implementované architektury dosahují v porovnání se současnými metodami úspory paměti zlepšení až 200MB.
|
|
Security of Biometric Systems
Lodrová, Dana ; Busch, Christoph (referee) ; Provazník, Ivo (referee) ; Drahanský, Martin (advisor)
Hlavním přínosem této práce jsou dva nové přístupy pro zvýšení bezpečnosti biometrických systémů založených na rozpoznávání podle otisků prstů. První přístup je z oblasti testování živosti a znemožňuje použití různých typů falešných otisků prstů a jiných metod oklamání senzoru v průběhu procesu snímání otisků. Tento patentovaný přístup je založen na změně barvy a šířky papilárních linií vlivem přitlačení prstu na skleněný podklad. Výsledná jednotka pro testování živosti může být integrována do optických senzorů. Druhý přístup je z oblasti standardizace a zvyšuje bezpečnost a interoperabilitu procesů extrakce markantů a porovnání. Pro tyto účely jsem vytvořila metodologii, která stanovuje míry sémantické shody pro extraktory markantů otisků prstů. Markanty nalezené testovanými extraktory jsou porovnávány oproti Ground-Truth markantům získaným pomocí shlukování dat poskytnutých daktyloskopickými experty. Tato navrhovaná metodologie je zahrnuta v navrhovaném dodatku k normě ISO/IEC 29109-2 (Amd. 2 WD4).
|
|
Methodology of highly reliable systems design
Straka, Martin ; Gramatová, Elena (referee) ; Racek, Stanislav (referee) ; Kotásek, Zdeněk (advisor)
In the thesis, a methodology alternative to existing methods of digital systems design with increased dependability implemented into FPGA is presented, new features which can be used in the implementation and testing of these systems are demonstrated. The research is based on the use of FPGA partial dynamic reconfiguration for the design of fault tolerant systems. In these applications, the partial dynamic reconfiguration can be used as a mechanism to correct the fault and recover the system after the fault occurrence. First, the general principles of diagnostics, testing and digital systems dependability are presented including a brief description of FPGA components and their architectures. Next, a survey of currently used methods and techniques used for the design and implementation of fault tolerant systems into FPGA is described, especially the methods used for fault detection and localization, their correction, together with the principles of evaluating fault tolerant systems design quality. The most important part of the thesis is seen in the description of the design methodology, implementation and testing of fault tolerant systems implemented into FPGAs which uses SRAMs as the configuration memory. First, the methodology of developing and automated checker components design for digital systems and communication protocols is presented. Then, a reference architecture of a dependable system implemented into FPGA is demonstrated including several fault tolerant architectures based on the use of partial dynamic reconfiguration as the mechanism of fault correction and the recovery from it. The principles of controlling the reconfiguration process are described together with the description of the test platform which allows to test and verify the design of fault tolerant systems based on the methodology presented in the thesis. The experimental results and the contribution of the thesis are discussed in the conclusions.
|
guest ::
