|
|
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.
|
|
| |
|
|
Simulace a protiřetězce pro efektivní práci s konečnými automaty
Holík, Lukáš ; Černá, Ivana (referee) ; Jančar, Petr (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Cílem této práce je vývoj technik umožňujících praktické využití nedeterministických konečných automatů, zejména nedeterministických stromových automatů. Jde zvláště o techniky pro redukci velikosti a testování jazykové inkluze, jež hrají zásadní roli v mnoha oblastech aplikace konečných automatů. V oblasti redukce velikosti vycházíme z dobře známých metod pro slovní automaty které jsou založeny na relacích simulace. Navrhli jsme efektivní algoritmy pro výpočet stromových variant simulačních relací a identifikovali jsme nový typ relace založený na kombinaci takzvaných horních a dolních simulací nad stromovými automaty. Tyto kombinované relace jsou zvláště vhodné pro redukci velikosti automatů slučováním stavů. Navržený princip kombinace relací simulace je relevantní i pro slovní automaty. Náš přínos v oblasti testování jazykové inkluze je dvojí. Nejprve jsme zobecnili na stromové automaty takzvané protiřetězcové algoritmy, které byly původně navrženy pro slovními automaty. Dále se nám podařilo použitím simulačních relací výrazně zefektivnit protiřetězcové algoritmy pro testování jazykové inkluze jak pro slovní, tak pro stromové automaty. Relevanci našich technik pro praxi jsme demonstrovali jejich nasazením v rámci regulárního stromového model checkingu, což je verifikační metoda založená na stromových automatech. Použití našich algoritmů zde vedlo k výraznému zrychlení a zvětšení škálovatelnosti celé metody. Základní myšlenky našich algoritmů pro redukci velikosti automatů a testování jazykové inkluze jsou aplikovatelné i na jiné typy automatů. Příkladem jsou naše redukční techniky pro alternující Büchiho automaty prezentované v poslední části práce.
|
|
|
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.
|
|
|
Efficient Automata Techniques and Their Applications
Havlena, Vojtěch ; Jančar, Petr (referee) ; Mayr, Richard (referee) ; Esparza, Javier (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce se zabývá vývojem efektivních technik pro konečné automaty a jejich aplikace. Zejména se věnujeme konečným automatům použitých pří detekci útoků v síťovém provozu a automatům v rozhodovacích procedurách a verifikaci. V první části práce navrhujeme techniky přibližné redukce nedeterministických automatů, které snižují spotřebu zdrojů v hardwarově akcelerovaném zkoumání obsahu paketů. Druhá část práce je je věnována automatům v rozhodovacích procedurách, zejména slabé monadické logice druhého řádů k následníků (WSkS) a teorie nad řetězci. Navrhujeme novou rozhodovací proceduru pro WS2S založenou na automatových termech, umožňující efektivně prořezávat stavový prostor. Dále studujeme techniky předzpracování WSkS formulí za účelem snížení velikosti konstruovaných automatů. Automaty jsme také aplikovali v rozhodovací proceduře teorie nad řetězci pro efektivní reprezentaci důkazového stromu. V poslední části práce potom navrhujeme optimalizace rank-based komplementace Buchiho automatů, které snižuje počet generovaných stavů během konstrukce komplementu.
|
|
|
Efficient Automata Techniques and Their Applications
Havlena, Vojtěch ; Jančar, Petr (referee) ; Mayr, Richard (referee) ; Esparza, Javier (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce se zabývá vývojem efektivních technik pro konečné automaty a jejich aplikace. Zejména se věnujeme konečným automatům použitých pří detekci útoků v síťovém provozu a automatům v rozhodovacích procedurách a verifikaci. V první části práce navrhujeme techniky přibližné redukce nedeterministických automatů, které snižují spotřebu zdrojů v hardwarově akcelerovaném zkoumání obsahu paketů. Druhá část práce je je věnována automatům v rozhodovacích procedurách, zejména slabé monadické logice druhého řádů k následníků (WSkS) a teorie nad řetězci. Navrhujeme novou rozhodovací proceduru pro WS2S založenou na automatových termech, umožňující efektivně prořezávat stavový prostor. Dále studujeme techniky předzpracování WSkS formulí za účelem snížení velikosti konstruovaných automatů. Automaty jsme také aplikovali v rozhodovací proceduře teorie nad řetězci pro efektivní reprezentaci důkazového stromu. V poslední části práce potom navrhujeme optimalizace rank-based komplementace Buchiho automatů, které snižuje počet generovaných stavů během konstrukce komplementu.
|
|
| |
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Simulace a protiřetězce pro efektivní práci s konečnými automaty
Holík, Lukáš ; Černá, Ivana (referee) ; Jančar, Petr (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Cílem této práce je vývoj technik umožňujících praktické využití nedeterministických konečných automatů, zejména nedeterministických stromových automatů. Jde zvláště o techniky pro redukci velikosti a testování jazykové inkluze, jež hrají zásadní roli v mnoha oblastech aplikace konečných automatů. V oblasti redukce velikosti vycházíme z dobře známých metod pro slovní automaty které jsou založeny na relacích simulace. Navrhli jsme efektivní algoritmy pro výpočet stromových variant simulačních relací a identifikovali jsme nový typ relace založený na kombinaci takzvaných horních a dolních simulací nad stromovými automaty. Tyto kombinované relace jsou zvláště vhodné pro redukci velikosti automatů slučováním stavů. Navržený princip kombinace relací simulace je relevantní i pro slovní automaty. Náš přínos v oblasti testování jazykové inkluze je dvojí. Nejprve jsme zobecnili na stromové automaty takzvané protiřetězcové algoritmy, které byly původně navrženy pro slovními automaty. Dále se nám podařilo použitím simulačních relací výrazně zefektivnit protiřetězcové algoritmy pro testování jazykové inkluze jak pro slovní, tak pro stromové automaty. Relevanci našich technik pro praxi jsme demonstrovali jejich nasazením v rámci regulárního stromového model checkingu, což je verifikační metoda založená na stromových automatech. Použití našich algoritmů zde vedlo k výraznému zrychlení a zvětšení škálovatelnosti celé metody. Základní myšlenky našich algoritmů pro redukci velikosti automatů a testování jazykové inkluze jsou aplikovatelné i na jiné typy automatů. Příkladem jsou naše redukční techniky pro alternující Büchiho automaty prezentované v poslední části práce.
|
guest ::
