Program Verification

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

5

ECTS credits

Delivered by:

Joint Department with the RAS Institute for System Programming

Type:

Elective course

When:

3 year, 1, 2 module

Instructor

Petrenko, Alexander K.

Программа дисциплины

Аннотация

Курс посвящен формальной верификации программ и моделей компьютерных систем. Цели — ознакомление студентов с базовыми принципами и методами формальной верификации и формирование у студентов навыков необходимых для практического использования рассмотренных методов. В основе лежат два класса методов: дедуктивная верификация и проверка моделей; рассматриваются методы формализации семантики программ (операционная и аксиоматическая семантика, структуры Крипке), методы формальной спецификации требований (программные контракты, темпоральная логика линейного времени), методы доказательства корректности программ (метод Флойда, теоретико-автоматный подход к проверке моделей в явной и символической формах). Для практики используются инструменты Frama-C/AstraVer/Why3 (дедуктивная верификация), а также Spin и NuSMV (проверка моделей).

Цель освоения дисциплины

• Цель курса – изучение базовых принципов и методов верификации программного обеспече-ния (ПО); приобретение навыков, необходимых для практического применения методов верифика-ции ПО.

Планируемые результаты обучения

• Знать базовые принципы формальной верификации ПО
• Знать основные подходы к формальной верификации ПО
• Понимать области применимости каждого из подходов
• Понимать, что такое операционная семантика
• Понимать, что такое аксиоматическая семантика
• Понимать, что такое слабейшее предусловие программы
• Знать определения частичной и полной программ
• Знать методы Флойда (метод индуктивных утверждений и метод фундированных множеств)
• 2. Понимать, что такое инвариант цикла (индуктивное утверждение)
• Уметь находить инварианты циклов и оценочные функции
• Уметь аналитически доказывать частичную и полную корректность программ
• Владеть навыками спецификации программ в форме пред- и постусловий
• Владеть навыками поиска инвариантов циклов
• Знать основные возможности языка ACSL
• Уметь пользоваться инструментами Frama-C/AstraVer
• Понимать, что такое асинхронный параллелизм
• Понимать, что такое синхронный параллелизм
• Знать, что такое реагирующие системы
• Знать алгоритм Петерсона взаимного исключения двух процессов
• Знать логику LTL........
• Знать, что такое структура Крипке
• Уметь описывать свойства реагирующих систем в виде формул LTL
• Знать, что такое автомат Бюхи и обобщенный автомат Бюхи
• Знать метод проверки языка, описываемого автоматом Бюхи, на пустоту
• Знать метод построения автомата Бюхи, распознающего пересечение языков, описываемых автоматами Бюхи
• Знать алгоритм построения автомата Бюхи по формуле LTL
• Уметь строить автомат Бюхи по формуле LTL
• Знать схему теоретико-автоматного метода проверки моделей
• Знать, что такое двоичные решающие диаграммы
• Знать алгоритмы манипуляции с двоичными решающими диаграммами
• Иметь представление о символических алгоритмах проверки моделей
• Иметь представление об ограниченной проверке моделей
• Владеть навыками спецификации свойcтв в виде формул LTL
• Знать основные возможности языков Promela и SMV
• Уметь пользоваться инструментами Spin и SMV

Содержание учебной дисциплины

• Общие принципы формальной верификации
• Формализация семантики языков программирования
• Методы дедуктивной верификации программ
• Инструментальные средства дедуктивной верификации программ
• Параллельные программы и реагирующие системы
• Темпоральная логика линейного времени
• Теоретико-автоматный метод проверки моделей
• Символический метод проверки моделей
• Инструментальные средства проверки моделей

Элементы контроля

• Экзамен (Э)
  Экзамен проводится дистанционно через Zoom. Технические требования: web-камера, микрофон, наушники / колонки, Zoom.
• Домашняя работа 1 (ДР1)
• Домашняя работа 2 (ДР2)
• Контрольная работа (КР)

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  0.2 * Домашняя работа 1 (ДР1) + 0.2 * Домашняя работа 2 (ДР2) + 0.2 * Контрольная работа (КР) + 0.4 * Экзамен (Э)

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Verification of Sequential and Concurrent Programs. (2009). Springer. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsnar&AN=edsnar.oai.cwi.nl.14569

Рекомендуемая дополнительная литература

• Baier, C., & Katoen, J.-P. (2008). Principles of Model Checking. Cambridge, Mass: The MIT Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=226091