Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Institudo de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-10-21T13:01:44Z No. of bitstreams: 1 2014_ArianeAlvesAlmeida.pdf: 1238432 bytes, checksum: 443ba143f22122e23f5542311f804fe9 (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2014-10-22T15:32:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_ArianeAlvesAlmeida.pdf: 1238432 bytes, checksum: 443ba143f22122e23f5542311f804fe9 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-22T15:32:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_ArianeAlvesAlmeida.pdf: 1238432 bytes, checksum: 443ba143f22122e23f5542311f804fe9 (MD5) / Uma abordagem é apresentada para verificar formalmente a corretude lógica de operadores algébricos implementados em hardware. O processo de verificação é colocado em paralelo ao fluxo convencional de projeto de hardware, permitindo a verificação de fragmentos da implementação do hardware tanto simultaneamente quanto após todo o processo de implementação ser concluído, evitando assim atrasos no projeto do circuito. A ideia principal para atestar a corretude de uma implementação em hardware é comparar seu comportamento operacional com uma definição formal de seu operador, analisando assim sua equivalência funcional; isto é, se ambas definições, de hardware e matemática, produzem os mesmos resultados quando fornecidas as mesmas entradas. A formalização dessa comparação é um desafio desta abordagem, já que as provas utilizadas para verificar a corretude e outras propriedades desses sistemas pode seguir esquemas indutivos, que proveem de maneira natural quando se trata com definições recursivas, usadas em linguagens de especificação e ferramentas de formalização. Já que Linguagens de Descrição de Hardware descrevem circuitos/sistemas de maneira imperativa, a abordagem se baseia na tradução conservativa de comandos iterativos presentes nessas linguagens em suas respectivas especificações recursivas. Esses esquemas de provas indutivas são baseados em garantir pré e pós-condições, bem como a preservação de invariantes durante todos os passos da execução recursiva, de acordo com a abordagem da lógica de Floyd-Hoare para verificação de procedimentos imperativos. A aplicabilidade da metodologia é ilustrada com um caso de estudo utilizando o assistente de prova de ordem superior PVS para fornecer prova de correção lógica de uma implementação em FPGA do algoritmo para inversão de matrizes de Gauss-Jordan (GJ). Essas provas em PVS são dadas em um estilo dedutivo baseado no Cálculo de Gentzen, aproveitando facilidades desse assistente, como tipos dependentes, indução na estrutura de tipos de dados abstratos e, é claro, suas linguagens de especificação e prova em lógica de ordem superior. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT / An approach is introduced to formally verify the logical correctness of hardware implementations of algebraic operators. The formal verification process is placed sidelong the usual hardware design flow, allowing verification on fragments of the hardware implementation either simultaneously or after the whole implementation process finished, avoiding in this way hardware development delays. The main idea to state the correctness of a hardware implementation, is to compare its operational behavior with a formal definition of the operator, analysing their functional equivalence; that is, if both the hardware and the mathematical definition produce the same results when provided with the same entries. The formalization of this comparison is a challenge for this approach, since the proofs used to verify soundness and other properties of these systems might follow inductive schemata, that arise in a natural manner when dealing with recursive definitions, used in specifications languages of formalization tools. Since Hardware Description Languages describe circuits/systems in an imperative style, the approach is based on a conservative translation of iterative commands into their corresponding recursive specifications. The inductive proof schemata are then based on guaranteeing pre and post-conditions as well as the preservation of invariants during all steps of the recursive execution according to the Floyd-Hoare’s logical approach for verification of imperative procedures. The applicability of the methodology is illustrated with a case study using the higher-order proof assistant PVS by proving the logical correction of an FPGA implementation of the Gauss-Jordan matrix inversion algorithm (GJ). These PVS proofs are given in a Gentzen based deductive style taking advantage of nice features of this proof assistant such as dependent types and induction in the structure of abstract data types, and, of course, of its higher-order specification and proof languages.

Orientador: Arnaldo Vieira Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T20:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cabral_GlauberModolo_M.pdf: 1025512 bytes, checksum: 7aaf4d32142384e7200596499be77cca (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Métodos formais são ferramentas da Engenharia de Software que empregam formalismos matemáticos na construção de programas. Em geral, são compostos por uma ou mais linguagens de especificação e algumas ferramentas auxiliares. A linguagem de especificação algébrica Common Algebraic Specification Language (Casl) foi concebida para ser a linguagem padrão na área de especificação algébrica. A linguagem HasCasl é a extensão da linguagem Casl responsável por suportar lógica de segunda ordem e possui um subconjunto de sua sintaxe que se assemelha à linguagem de programação Haskell e que pode ser executado. O uso prático de uma linguagem de especificação depende da disponibilidade de uma biblioteca padrão de especificações pré-definidas. Embora Casl possua tal biblioteca, esta não disponibiliza propriedades e tipos de dados de segunda ordem. Esta dissertação descreve a especificação de uma biblioteca para a linguagem HasCasl com funções e tipos de dados de segunda ordem, tendo como referência a biblioteca Prelude da linguagem Haskell. Os tipos de dados especificados incluem o tipo booleano, listas, caracteres e cadeias de caracteres, além de classes e funções presentes na biblioteca Prelude. Uma primeira versão da biblioteca faz uso de tipos de dados com avaliação estrita, devido à complexidade de iniciar o processo de especificação com o uso de tipos com avaliação preguiçosa. Um refinamento posterior da biblioteca incluiu o suporte a tipos de dados com avaliação preguiçosa. A verificação de ambas as versões da biblioteca foi realizada com o uso da ferramenta Hets, responsável por traduzir as especificações escritas na linguagem HasCasl para a linguagem HOL e gerar necessidades de prova verificadas com o auxílio do provador de teoremas Isabelle. Para ilustrar o uso dos tipos de dados especificados foram incluídas algumas especificações de exemplo envolvendo listas e tipos booleanos. Algumas sugestões de extensão à biblioteca são propostas, tais como o suporte à recursão e às estruturas infinitas, além do aperfeiçoamento do suporte a provas relacionadas a especificações importadas da biblioteca da linguagem Casl / Abstract: Formal methods can be used as software engineering tools that employ mathematical formalisms for building and verifying programs. They are usually composed of one or more specification languages and some auxiliary tools. The Common Algebraic Specification Language (Casl) is designed to be the standard language in the area of algebraic specification, taking tecnical elements from other specification languages. The HasCasl language is the extention of the Casl language that is responsible for supporting secondorder logic, which has a subset of its syntax resembling the Haskell programming language. The practical use of a specification language depends on the availability of a standard library of pre-defined specifications. CASL has such a library and its specifications can be imported by specifications developed in HasCasl. However, the library of the Casl language does not provide higer order properties and data types. This dissertation describes the specification of a library for the language HasCasl based on the Prelude library from the Haskell programming language. The library created her provides second-order functions and data types. It does so by specifying data types and functions existing in Haskell language, such as boolean, list, character and string types. The first version of our library uses types with strict evaluation. The second version of the library has been refined to support types with lazy evaluation. Verification of both libraries was performed using the Hets tool, which translates specifications to the HOL language, producing proof needs that were discharged with the help of the Isabelle theorem prover. To illustrate the use of our library, some example specifications using lists and boolean types are included. Some suggestions for extension of the library are proposed, dealing with support for infinite structures and numeric data types / Mestrado / Linguagens de Programação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Jacques Wainer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:50:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre_AmauryBosso_M.pdf: 698462 bytes, checksum: 3a97278e3328845adbb26c7cb448204b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O gerenciamento de workflows é uma realidade atualmente, mas os sistemas atuais carecem de suporte à verificação de correção em modelos de workflow. Este trabalho visa a realização de verificações em processos, objetivando a detecção de erros sintáticos, como a existência de atividades mal modeladas, ou seja, sem condições de entrada ou de saída. É objetivo deste trabalho também a definição de verificações de ordem estrutural, como detectar se o processo de workflow não possui deadlocks (estado em que o processo trava sem possibilidade de progredir), ou verificar se existem atividades mortas no processo (atividades impossíveis de serem executadas), ou se há terminações incompletas, ou seja, transições pendentes após o processo ter atingido seus objetivos. Além de verificações sintáticas e estruturais, é necessário também a realização de verificações semânticas do modelo, ou seja, é importante que os processos possam ser validados quanto a características que dizem respeito à sua organização lógica, a um nível um pouco mais alto de informação do que simplesmente estrutural. Por exemplo, é diretamente impactante na qualidade do modelo de um processo, definir se este possui conflitos ao acesso de recursos. Dessa forma, um processo estruturalmente correto, pode ficar travado em um deadlock, devido à concorrência quanto ao acesso de um recurso comum entre atividades distintas. Além disso, verificações de restrições de custo, por exemplo, também podem inviabilizar um processo. Todas essas verificações são importantes para decidir se um processo de workflow é correto. A maior contribuição deste trabalho, é então a definição de uma modelagem de processos de workflow que possibilite a verificação de problemas sintáticos, estruturais e semânticos, todos em uma única ferramenta, que se mostra escalável para processos reais, além de possibilitar a verificação de questões ad-hoc, específicas de cada instância, como verificar ordenações entre atividades específicas, etc / Abstract: Workflow management is a reality nowadays, but today's systems give very little support to verify correctness in workflow models. This work aims to perform formal verification, with the goal of detecting syntactic errors, like the existence of activities poorly modeled, in other words, activities with no precondition or effect. It is a goal too, the definition of workflows structural verification, as to detect if the process does not have deadlocks (state in which the process is stuck with no possibility of getting any further), or verifying if there are dead activities in the process (activities impossible to be reached), or if exist incomplete terminations, ie, pending transitions after the process reached its objectives. Besides syntactic and structural verifications, it is necessary too, to perform semantic verifications in the process, in other words, it is important to validate the processes in respect to characteristics of its logical organization, in a higher level of information than simply structural verification. For example, it is directly impacting in the quality of the process model the definition if it has resource access conflicts. In this way, a process that is structurally correct, can be stuck in a deadlock, due to the concurrency in the access of a common resource of distinct activities. Besides that, verifications of costs restrictions, for example, can spoil a process. All these verifications are important to decide if a workflow model is correct. The main contribution of this work is the definition of workflow processes modeling that makes it possible to perform syntactic, structural and semantic verifications, all in a unique tool, that is showed to be scalable for real process, and even possible to verify ad-hoc questions, specific to the model, as checking activities ordering, for example / Mestrado / Inteligência Artificial, Verificação e Validação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Ricardo de Oliveira Anido / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T11:44:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SoaresJunior_JurandyMartins_M.pdf: 1209765 bytes, checksum: d8d6bebdcb7b65ed4a9fdb7e84508766 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Testar um subsistema embarcado em um sistema complexo, assumindo-se que os demais subsistemas são livres de falhas, é conhecido como teste de conformidade em contexto. A complexidade deste teste reside no fato do subsistema mais externo, conhecido como contexto, ocultar muitas interações e eventos nos quais o sistema embarcado, conhecido como componente, participa. Nas últimas décadas alguns algoritmos foram desenvolvidos para resolver o problema. Muitos deles, no entanto, ignoram as condições nas quais podem ser aplicados. Nesta dissertação estudamos a teoria e os algoritmos relacionados a teste de conformidade e a teste de conformidade em contexto, propomos uma nova abordagem guiada por casos de teste do componente e analisamos as condições necessárias e suficientes para aplicá-Ia. A validação das condições necessárias e suficientes foi feita em estudos de casos com a pilha de protocolos do TCP/IP, com os protocolos HTTP e HTTPS via Proxy e com DHCP via relay-agent. Os algoritmos estudados foram experimentados nas especificações dos protocolos ABP, SCU e TCP / Abstract: Testing a subsystem embedded into a complex system, in which the other subsystems are assumed to be fault-free, is known as confonnance testing in contexto The complexity behind this test resides in the fact that the most external system, known as context, hides many interactions and events in which the embedded subsystem, known as component, participates. In the last decades some algorithms were developed to solve the problem. Many of them, however, ignore the conditions under which they can be applied. In this dissertation we study the theory and the algorithms related to confonnance testing and conformance testing in context, we propose a new approach guided by component's test cases, and we analyze the necessary and sufficient conditions to apply it. The validation of the necessary and sufficient conditions was done in case studies with the TCP/IP protocol stack, with the protocols HTTP and HTTPS . via Proxy, and with DHCP via relay-agent. The algorithms studied were experimented in the specifications of protocols ABP, seu e TCP / Mestrado / Engenharia de Protocolos / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Arnaldo Vieira Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T21:26:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedrosa_LehiltonLelisChaves_M.pdf: 884292 bytes, checksum: e39efddad6809b28790b661469a5cfd2 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Métodos formais são amplamente utilizados para modelar especificações e gerar casos de testes, imprescindíveis para validação de sistemas críticos. As Máquinas de Estados Finitos (MEFs) compõem um dos formalismos adotados, com várias aplicações em testes de sistemas aéreos e espaciais, além de sistemas médicos, entre vários outros. O objetivo de um método de geração automática de casos de testes é obter um conjunto de casos de testes, com o qual é possível verificar se uma dada implementação contém falhas. Um problema importante em métodos de geração de casos de teste com cobertura completa de falhas é o tamanho dos conjuntos de testes, que normalmente é exponencial no número de estados da MEF que está sendo testada. Para minimizar esse problema, diversas abordagens são adotadas, envolvendo melhorias nos métodos existentes, restrições do modelo de falhas e o uso de novas estratégias de teste. Esta dissertação estuda métodos automáticos para geração de casos de testes com cobertura completa de falhas e propõe dois novos métodos, que permitem reduzir o tamanho dos conjuntos de testes gerados. Primeiro, combinamos ideias do método Wp e do método G, visando usufruir as vantagens de ambos e obtendo um novo método, denominado Gp. Em seguida, descrevemos um novo modelo de falhas para sistemas compostos de vários subsistemas, possivelmente com um número alto de estados. Formalizamos tais sistemas, introduzindo o conceito de MEFs combinadas, e apresentamos um novo método de testes, denominado método C. Além disso, propomos uma abordagem de testes incremental, baseada no método C, que torna possível o teste de MEFs com um número arbitrário de estados. Estabelecemos comparações com abordagens tradicionais e mostramos que o uso da estratégia incremental pode gerar conjuntos de testes exponencialmente mais eficientes / Mestrado / Teoria da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Arnaldo Vieira Moura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:11:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rebiha_Rachid_D.pdf: 1451665 bytes, checksum: abe6fc4e72cf43113c7c93064ab11ed8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: É bem sabido que a automação e a eficácia de métodos de verificação formal de softwares, sistemas embarcados ou sistemas híbridos, depende da facilidade com que invariantes precisas possam ser geradas automaticamente a partir do código fonte. Uma invariante é uma propriedade, especificada sobre um local específico do código fonte, e que sempre se verifica a cada execução de um sistema. Apesar dos progressos enormes ao longo dos anos, o problema da geração de invariantes ainda está em aberto para tanto programas não-lineares discretos, como para sistemas não-lineares híbridos. Nesta tese, primeiramente, apresentamos novos métodos computacionais que podem automatizar a descoberta e o fortalecimento de relações não-lineares entre as variáveis de um programa que contém laços não-lineares, ou seja, programas que exibem relações polinomiais multivariadas e manipulações fracionarias. Além disso, a maioria dos sistemas de segurança críticos, tais como aviões, automóveis, produtos químicos, usinas de energia e sistemas biológicos, operam semanticamente como sistemas híbridos não-lineares. Nesse trabalho, apresentamos poderosos métodos computacionais que são capazes de gerar bases de ideais polinomiais de invariantes não-lineares para sistemas híbridos não-lineares. Em segundo lugar, apresentamos métodos pioneiros de verificação que automaticamente gerem bases de invariantes expressas por séries de potências multi-variáveis e por funções transcendentais. Discutimos, também, a sua convergência em sistemas híbridos que exibem modelos não lineares. Verificamos que as séries de potência geradas para invariantes são, muitas vezes, compostas pela expansão de algumas funções transcendentais bem conhecidas, tais como "log" e "exp". Assim, apresentam uma forma analisável fechada que facilita o uso de invariantes na verificação de propriedades de segurança. Para cada problema de geração de invariantes estabelecemos condições suficientes, muito gerais, que garantem a existência e permitem o cálculo dos ideais polinomiais para situações que não podem ser tratadas pelas abordagens de geração invariantes hoje conhecidas. Finalmente, estendemos o domínio de aplicações, acessíveis através de métodos de geração de invariantes, para a área de segurança. Mais precisamente, fornecemos uma plataforma extensível baseada em invariantes pré-computadas que seriam usadas como assinaturas semânticas para análise de intrusos ("malwares") e deteção dos ataques de intrusões mais virulentos. Seguindo a concepção de tais plataformas, propomos sistemas de detecção de intrusão, usando modelos gerados automaticamente, onde as chamadas de sistema e de funções são vigiados pela avaliação de invariantes, pré-calculadas para denunciar qualquer desvio observado durante a execução da aplicação. De modo abrangente, nesta tese, propomos a redução de problemas de geração de invariantes para problemas algébricos lineares. Ao reduzir os problemas de geração de invariante não-triviais de sistemas híbridos não-lineares para problemas algébricos lineares relacionados, somos capazes de ultrapassar as deficiências dos mais modernos métodos de geração de invariante hoje conhecidos permitindo, assim, a geração automática e eficiente de invariantes para programas e sistemas híbridos não lineares complexos. Tais métodos algébricos lineares apresentam complexidades computacionais significativamente inferiores àquelas exigidas pelos os fundamentos matemáticos das abordagens usadas hoje, tais como a computação de bases de Gröbner, a eliminação de quantificadores e decomposições cilíndricas algébricas / Abstract: It is well-known that the automation and effectiveness of formal software verification of embedded or hybrid systems depends to the ease with which precise invariants can be automatically generated from source specifications. An invariant is a property that holds true at a specific location in the specification code, whenever an execution reaches that location. Despite tremendous progress over the years, the problem of invariant generation remains very challenging for both non-linear discrete programs, as well as for non-linear hybrid systems. In this thesis, we first present new computational methods that can automate the discovery and can strengthen interrelationships among the variables of a program that contains non-linear loops, that is, programs that display multivariate polynomial and fractional manipulations. Moreover, most of safety-critical systems such as aircraft, cars, chemicals, power plants and biological systems operate semantically as non-linear hybrid systems. In this work, we demonstrate powerful computational methods that can generate basis for non-linear invariant ideals of non-linear hybrid systems. Secondly, we present the first verification methods that automatically generate basis for invariants expressed by multivariate formal power series and transcendental functions. We also discuss their convergence over hybrid systems that exhibit non linear models. The formal power series invariants generated are often composed by the expansion of some well-known transcendental functions e.g. log and exp. They also have an analysable closed-form which facilitates the use of the invariants when verifying safety properties. For each invariant generation problem, we establish very general sufficient conditions that guarantee the existence and allow for the computation of invariant ideals for situations that can not be treated in the presently known invariant generation approaches. Finally, we extend the domain of applications for invariant generation methods to encompass security problems. More precisely, we provide an extensible invariant-based platform for malware analysis and show how we can detect the most virulent intrusions attacks using these invariants. We propose to automatically generate invariants directly from the specified malware code in order to use them as semantic aware signatures, i.e. malware invariant, that would remain unchanged by most obfuscated techniques. Folix lowing the design of such platforms, we propose host-based intrusion detection systems, using automatically generated models where system calls are guarded by pre-computed invariants in order to report any deviation observed during the execution of the application. In a broad sense, in this thesis, we propose to reduce the verification problem of invariant generation to algebraic problems. By reducing the problems of non-trivial nonlinear invariant generation for programs and hybrid systems to related linear algebraic problems we are able to address various deficiencies of other state-of-the-art invariant generation methods, including the efficient treatment of complicated non-linear loop programs and non-linear hybrid systems. Such linear algebraic methods have much lower computational complexities than the mathematical foundations of previous approaches know today, which use techniques such as as Gröbner basis computation, quantifier elimination and cylindrical algebraic decomposition / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Orientador: Ricardo Dahab / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:57:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piva_FabioRogerio_M.pdf: 1281624 bytes, checksum: 2d4f949b868d1059e108b1cd79314629 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os protocolos de trocas justas foram propostos como solução para o problema da troca de itens virtuais, entre duas ou mais entidades, sem que haja a necessidade de confiança entre elas. A popularização da internet criou uma crescente classe de usuários leigos que diariamente participam de transações de troca, como comercio eletrônico (e-commerce), internet banking, redes ponto-a-ponto (P2P), etc. Com tal demanda por justiça, e preciso garantir que os protocolos de trocas justas recebam a mesma atenção acadêmica dedicada aos protocolos clássicos. Neste contexto, fazem-se necessárias diretrizes de projeto, ferramentas de verificação, taxonomias de ataques e quaisquer outros artefatos que possam auxiliar na composição de protocolos sem falhas. Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre o problema de trocas justas e o atual estado da arte das soluções propostas, bem como a possibilidade de criar, a partir de técnicas para a verificação formal e detecção de falhas em protocolos clássicos, metodologias para projeto e correção de protocolos de trocas justas. / Abstract: Fair exchange protocols were first proposed as a solution to the problem of exchanging digital items, between two or more entities, without forcing them to trust each other. The popularization of the internet resulted in an increasing amount of lay users, which constantly participate in exchange transactions, such as electronic commerce (ecommerce), internet banking, peer-to-peer networks (P2P), etc. With such demand for fairness, we need to ensure that fair exchange protocols receive the same amount of attention, from academia, as classic protocols do. Within this context, project guideliness are needed, and so are verification tools, taxonomies of attack, and whatever other artifacts that may help correct protocol design. In this work we present a study on the fair exchange problem and the current state-of-the-art of proposed solutions, as well as a discussion on the possibility of building, from currently available formal verification and attack detection techniques for classic protocols, methods for fair exchange protocols design and correction. / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação