Informationssysteme verarbeiten Daten, die logisch und physisch über Knoten verteilt sind. Datenobjekte verschiedener Knoten können dabei Bezüge zueinander haben. Beispielsweise kann ein Datenobjekt eine Referenz auf ein Datenobjekt eines anderen Knotens oder eine kritische Information enthalten. Die Semantik der Daten induziert Datenintegrität in Form von Anforderungen: Zum Beispiel sollte keine Referenz verwaist und kritische Informationen nur an einem Knoten verfügbar sein. Datenintegrität unterscheidet gültige von ungültigen Verteilungen der Daten. Ein verteiltes System verändert sich in Schritten, die nebenläufig auftreten können. Jeder Schritt manipuliert Daten. Ein verteiltes System erhält Datenintegrität, wenn alle Schritte in einer Datenverteilung resultieren, die die Anforderungen von Datenintegrität erfüllen. Die Erhaltung von Datenintegrität ist daher ein notwendiges Korrektheitskriterium eines Systems. Der Entwurf und die Analyse von Datenintegrität in verteilten Systemen sind schwierig, weil ein verteiltes System nicht global kontrolliert werden kann. In dieser Arbeit untersuchen wir formale Methoden für die Modellierung und Analyse verteilter Systeme, die mit Daten arbeiten. Wir entwickeln die Grundlagen für die Verifikation von Systemmodellen. Dazu verwenden wir algebraische Petrinetze. Wir zeigen, dass die Schritte verteilter Systeme mit endlichen vielen Transitionen eines algebraischen Petrinetzes beschrieben werden können, genau dann, wenn eine Schranke für die Bedingungen aller Schritte existiert. Wir verwenden algebraische Gleichungen und Ungleichungen, um Datenintegrität zu spezifizieren. Wir zeigen, dass die Erhaltung von Datenintegrität unentscheidbar ist, wenn alle erreichbaren Schritte betrachtet werden. Und wir zeigen, dass die Erhaltung von Datenintegrität entscheidbar ist, wenn auch unerreichbare Schritte berücksichtigt werden. Dies zeigen wir, indem wir die Berechenbarkeit eines nicht-erhaltenden Schrittes als Zeugen zeigen. / Information systems process data that is logically and physically distributed over many locations. Data entities at different locations may be in a specific relationship. For example, a data entity at one location may contain a reference to a data entity at a different location, or a data entity may contain critical information such as a password. The semantics of data entities induce data integrity in the form of requirements. For example, no references should be dangling, and critical information should be available at only one location. Data integrity discriminates between correct and incorrect data distributions. A distributed system progresses in steps, which may occur concurrently. In each step, data is manipulated. Each data manipulation is performed locally and affects a bounded number of data entities. A distributed system preserves data integrity if each step of the system yields a data distribution that satisfies the requirements of data integrity. Preservation of data integrity is a necessary condition for the correctness of a system. Analysis and design are challenging, as distributed systems lack global control, employ different technologies, and data may accumulate unboundedly. In this thesis, we study formal methods to model and analyze distributed data-aware systems. As a result, we provide a technology-independent framework for design-time analysis. To this end, we use algebraic Petri nets. We show that there exists a bound for the conditions of each step of a distributed system if and only if the steps can be described by a finite set of transitions of an algebraic Petri net. We use algebraic equations and inequalities to specify data integrity. We show that preservation of data integrity is undecidable in case we consider all reachable steps. We show that preservation of data integrity is decidable in case we also include unreachable steps. We show the latter by showing computability of a non-preserving step as a witness.

Die steigende Nachfrage an immer komplexeren Systemen in verschiedensten wirtschaftlichen Bereichen, erfordert Strategien, die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit unterstützen. An diesem Punkt setzen service-orientierte Architekturen (SOAn) an. Dieses Paradigma fordert die Aufspaltung von Funktionalität in Services, die komponiert werden können, um eine gewünschte, komplexe Funktionalität zu erreichen. Besonders in sicherheitskritischen Bereichen, kann eine fehlerbehaftete Komposition jedoch zu hohen finanziellen Einbußen oder sogar zu lebensbedrohlichen Situationen führen. Um die Korrektheit sicherzustellen, müssen Kompositionsmethoden im Vorfeld definierte Eigenschaften garantieren und die, durch die unabhängige Entwicklung auftretenden, Interface-Inkompatibilitäten behandeln. Existierende Ansätze zur automatisierten Service-Komposition durch Controller-Synthese beinhalten jedoch keine formale Datenbehandlung und können daher nicht mit datenabhängigem Verhalten umgehen. In der vorliegenden Arbeit, löse ich dieses Problem durch die Bereitstellung eines Ansatzes zur automatisierten Synthese datenabhängiger, korrekter Service-Controller. Dabei wird ein Controller direkt aus den spezifizierten Anforderungen und dem Verhalten der Services erzeugt. Basierend auf den Annahmen, dass die Anforderungen in RCTL, einer Untermenge der Computational Tree Logic (CTL), spezifiziert und die Services als Algebraische Petrinetze (APNe) gegeben sind, vereinigt mein neuartiger Ansatz die beiden Formalismen und unterstützt eine zuverlässige Extraktion des Controller-Verhaltens. Durch die Nutzung der APNe, erlaubt der Ansatz eine formale Datenbehandlung und somit eine Betrachtung datenabhängigen Verhaltens. Die Anwendbarkeit meines Ansatzes habe ich an drei Fallstudien aus dem medizinischen Bereich gezeigt, wo Geräte sicher miteinander kommunizieren müssen. / The continuously increasing demand for more complex systems in various economical domains requires a strategy that supports maintainability and reusability. This is addressed by the service-oriented architecture (SOA)}-paradigm that encourages the encapsulation of functionality into services. To achieve a specific functionality, services can be composed. Especially in safety-critical systems, an incorrect composition of various components can lead to high financial losses or even life threatening situations. To ensure the correctness, composition methods must particularly be able to guarantee pre-specified requirements and to overcome interface incompatibilities, which result from the independent development of the single services. However, current approaches for automated service composition via controller synthesis do not support a formal data-treatment and do not cope with data-dependent behavior. In this thesis, we overcome this problem by providing an approach for the automated synthesis of data-dependent service controllers that are correct-by-construction. The core idea is to synthesize such a controller directly from given requirements and the behavior of the services. Based on the assumptions that the requirements are specified using a subset of Computational Tree Logic (CTL), called RCTL, and that the services are given as algebraic Petri Nets (APNs), our novel synthesis process unifies the two formalisms and enables a reliable extraction of the controller behavior. Especially due to the use of APNs, our approach supports a formal data-treatment and enables a consideration of data-dependent behavior. With our synthesis process, which is based on a successive combination of requirements and services, we provide a practical applicable approach that works fully automatically. We show the applicability of our approach using three case studies in which medical devices interact with each other.

Es gibt tausende regulatorische Proteine in Eukaryoten, die spezifische cis-regulatorischen Elemente von Genen und/oder RNA-Transkripten binden und die Genexpession koordinieren. Auf DNA-Ebene modulieren Transkriptionsfaktoren (TFs) die Initiation der Transkription, während auf RNA-Ebene RNA-bindende Proteine (RBPs) viele Aspekte des RNA-Metabolismus und der RNA-Funktion regulieren. Für hunderte dieser regulatorischer Proteine wurden die gebundenen Gene beziehungsweise RNA-Transkripte, sowie deren etwaige Sequenzbindepräferenzen mittels in vivo oder in vitro Hochdurchsatz-Experimente bestimmt. Zu diesen Methoden zählen unter anderem Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP) gefolgt von Sequenzierung (ChIP-seq) und Protein Binding Microarrays (PBMs) für TFs, sowie Cross-Linking und Immunpräzipitation (CLIP)-Techniken und RNAcompete für RBPs. In vielen Fällen kann die zum Teil hohe Bindespezifität für ein zumeist sehr kurzes Sequenzmotiv regulatorischer Proteine nicht allein durch die gebundene Primärsequenz erklärt werden. Um besser zu verstehen, wie verschiedene Proteine ihre regulatorische Spezifität erreichen, haben wir zwei Computerprogramme entwickelt, die zusätzliche Informationen in die Analyse von experimentell bestimmten Bindestellen einbeziehen und somit differenziertere Bindevorhersagen ermöglichen. Für Protein-DNA-Interaktionen untersuchen wir die Bindungsspezifität paraloger TFs (d.h. Mitglieder der gleichen TF-Familie). Mit dem Fokus auf der Unterscheidung von genomischen Regionen, die in vivo von Paaren eng miteinander verwandter TFs gebunden sind, haben wir ein Klassifikationsframework entwickelt, das potenzielle Co-Faktoren identifiziert, die zur Spezifität paraloger TFs beitragen. Für Protein-RNA-Interaktionen untersuchen wir die Rolle von RNA-Sekundärstruktur und ihre Auswirkung auf die Auswahl von Bindestellen. Wir haben einen Motif-Finding-Algorithmus entwickelt, der Sekundärstruktur und Primärsequenz integriert, um Bindungspräferenzen der RBPs besser zu bestimmen. / There are thousands of eukaryotic regulatory proteins that bind to specific cis regulatory regions of genes and/or RNA transcripts and coordinate gene expression. At the DNA level, transcription factors (TFs) modulate the initiation of transcription, while at the RNA level, RNA-binding proteins (RBPs) regulate every aspect of RNA metabolism and function. The DNA or RNA targets and/or the sequence preferences of hundreds of eukaryotic regulatory proteins have been determined thus far using high-throughput in vivo and in vitro experiments, such as chromatin immunoprecipitation (ChIP) followed by sequencing (ChIP-seq) and protein binding microarrays (PBMs) for TFs, or cross-linking and immunoprecipitation (CLIP) techniques and RNAcompete for RBPs. However, the derived short sequence motifs do not fully explain the highly specific binding of these regulatory proteins. In order to improve our understanding of how different proteins achieve their regulatory specificity, we developed two computational tools that incorporate additional information in the analysis of experimentally determined binding sites. For protein-DNA interactions, we investigate the binding specificity of paralogous TFs (i.e. members of the same TF family). Focusing on distinguishing between genomic regions bound in vivo by pairs of closely-related TFs, we developed a classification framework that identifies putative co-factors that provide specificity to paralogous TFs. For protein-RNA interactions, we investigate the role of RNA secondary structure and its impact on binding-site recognition. We developed a motif finding algorithm that integrates secondary structure together with primary sequence in order to better identify binding preferences of RBPs.

Der Vortrag verfolgt die Geschichte und rhetorischen Funktionalisierungen des Seneca-Zitats, dass es nicht darauf ankomme, wer spricht, sondern allein darauf, was gesagt werde, von der Spätantike bis ins Spätmittelalter. Das Zitat erweist sich als polyfunktional: Geistlichen dient es zur Absicherung gegenüber der Gemeinde, Akademikern hilft es in Fällen anonymer Überlieferung - sogar eine Frau, die über das Waffenhandwerk publiziert, lenkt damit von sich als Verfasserin ab.

Gas injection into saturated porous media has a high practical relevance. It is applied in groundwater remediation (air sparging), in CO2 sequestration into saline aquifers, and in enhanced oil recovery of petroleum reservoirs. This wide range of application necessitates a comprehensive understanding of gas flow patterns that may develop within the porous media and required modeling of multi-phase flow. There is an ongoing controversy in literature, if continuum models are able to describe the complex flow pattern observed in heterogeneous porous media, especially the channelized stochastic flow pattern. Based on Selker’s stochastic hypothesis, a gas channel is caused by a Brownian-motion process during gas injection. Therefore, the pore-scale heterogeneity will determine the shape of the single stochastic gas channels. On the other hand there are many studies on air sparging, which are based on continuum modeling. Up to date it is not clear under which conditions a continuum model can describe the essential features of the complex gas flow pattern. The aim of this study is to investigate the gas flow pattern on bench-scale and field scale using the continuum model TOUGH2. Based on a comprehensive data set of bench-scale experiments and field-scale experiments, we conduct for the first time a systematic study and evaluate the prediction ability of the continuum model. A second focus of this study is the development of a “real world”-continuum model, since on all scales – pore-scale, bench scale, field scale – heterogeneity is a key driver for the stochastic gas flow pattern. Therefore, we use different geostatistical programs to include stochastic conditioned and unconditioned parameter fields. Our main conclusion from bench-scale experiments is that a continuum model, which is calibrated by different independent measurements, has excellent prediction ability for the average flow behavior (e.g. the gas volume-injection rate relation). Moreover, we investigate the impact of both weak and strong heterogeneous parameter fields (permeability and capillary pressure) on gas flow pattern. The results show that a continuum model with weak stochastic heterogeneity cannot represent the essential features of the experimental gas flow pattern (e.g., the single stochastic gas channels). Contrary, applying a strong heterogeneity the continuum model can represent the channelized flow. This observation supports Stauffer’s statement that a so-called subscale continuum model with strong heterogeneity is able to describe the channelized flow behavior. On the other hand, we compare the theoretical integral gas volumes with our experiments and found that strong heterogeneity always yields too large gas volumes. At field-scale the 3D continuum model is used to design and optimize the direct gas injection technology. The field-scale study is based on the working hypotheses that the key parameters are the same as at bench-scale. Therefore, we assume that grain size and injection rate will determine whether coherent channelized flow or incoherent bubbly flow will develop at field-scale. The results of four different injection regimes were compared with the data of the corresponding field experiments. The main conclusion is that because of the buoyancy driven gas flow the vertical permeability has a crucial impact. Hence, the vertical and horizontal permeability should be implemented independently in numerical modeling by conditioned parameter fields.

Zugl.: Hagen, FernUniversiẗat, Diss., 2008.

Results of psychological experiments have shown that humans make assumptions, which are not necessarily valid, that they are influenced by their background knowledge and that they reason non-monotonically. These observations show that classical logic does not seem to be adequate for modeling human reasoning. Instead of assuming that humans do not reason logically at all, we take the view that humans do not reason classical logically. Our goal is to model episodes of human reasoning and for this purpose we investigate the so-called Weak Completion Semantics. The Weak Completion Semantics is a Logic Programming approach and considers the least model of the weak completion of logic programs under the three-valued Łukasiewicz logic. As the Weak Completion Semantics is relatively new and has not yet been extensively investigated, we first motivate why this approach is interesting for modeling human reasoning. After that, we show the formal correspondence to the already established Stable Model Semantics and Well-founded Semantics. Next, we present an extension with an additional context operator, that allows us to express negation as failure. Finally, we propose a contextual abductive reasoning approach, in which the context of observations is relevant. Some properties do not hold anymore under this extension. Besides discussing the well-known psychological experiments Byrne’s suppression task and Wason’s selection task, we investigate an experiment in spatial reasoning, an experiment in syllogistic reasoning and an experiment that examines the belief-bias effect. We show that the results of these experiments can be adequately modeled under the Weak Completion Semantics. A result which stands out here, is the outcome of modeling the syllogistic reasoning experiment, as we have a higher prediction match with the participants’ answers than any of twelve current cognitive theories. We present an abstract evaluation system for conditionals and discuss well-known examples from the literature. We show that in this system, conditionals can be evaluated in various ways and we put up the hypothesis that humans use a particular evaluation strategy, namely that they prefer abduction to revision. We also discuss how relevance plays a role in the evaluation process of conditionals. For this purpose we propose a semantic definition of relevance and justify why this is preferable to a exclusively syntactic definition. Finally, we show that our system is more general than another system, which has recently been presented in the literature. Altogether, this thesis shows one possible path on bridging the gap between Cognitive Science and Computational Logic. We investigated findings from psychological experiments and modeled their results within one formal approach, the Weak Completion Semantics. Furthermore, we proposed a general evaluation system for conditionals, for which we suggest a specific evaluation strategy. Yet, the outcome cannot be seen as the ultimate solution but delivers a starting point for new open questions in both areas.

Die Untersuchung betrachtet das Verhältnis der Schriften 4., 5. und 6. Esra zueinander. Während die Apokalypse 4. Esra als Referenztext für neutestamentliche Schriften Gegenstand zahlreicher Untersuchungen ist, wurden 5. und 6. Esra bisher lediglich als christliche Hinzufügungen abgetan und nicht in einer bedeutungsvollen Beziehung zu 4. Esra verstanden. Auf Grund der syrischen Tradition, die 4. Esra als geschlossene Schrift überliefert, wird oftmals übersehen, dass in den lateinischen Traditionen 4. Esra ausschließlich im Zusammenhang zu 5. und 6. Esra bezeugt ist. Die Arbeit greift methodische Ansätze aus der alttestamentlichen und Apokryphenforschung auf, um das Verhältnis der drei Schriften zueinander zu beschreiben. Handelt es sich um eine willkürliche Zusammenordnung der Schriften oder lassen sich Ordnungsprinzipen und durchgängige Konzepte erkennen, die eine Lesart als zusammenhängende und aufeinander bezogene Gesamtschrift 2. Esdras nahe legen? Die Arbeit geht dabei auf verschiedenen Ebenen vor: Zunächst werden die mittelalterlichen Manuskripte, die die früheste vollständige Bezeugung der Schriften darstellen, analysiert und ausgewertet. Wesentlich ist hierbei, dass die Schriften zwar immer im Zusammenhang zueinander überliefert wurden, jedoch in sehr unterschiedlichen Anordnungen in den jeweiligen Manuskripten enthalten sind. Auf synchroner Ebene werden zentrale Konzepte der einzelnen Schriften exegetisch herausgearbeitet und zueinander in Bezug gesetzt. Schließlich werden narratologisch und daramaturgisch die Erzählbögen der Einzelschriften analysiert und ausgewertet, ob und wie ein Gesamthandlungsbogen von 2. Esdras erkennbar ist. Gerade an der literarischen Figur des Esra zeigt sich, wie die unterschiedlichen Anordnungen jeweils andere Aspekte der Figur in den Vordergrund rücken. Die literarische Gestalt des Esra selbst wird zur Projektionsfläche für die Intentionen der späteren Tradentenkreise. Daher stellt die jeweilige Anordnung der Schriften einen bewussten und sinnhaften Ausdruck der theologischen Konzeptionen der Tradentenkreise dar. / The study is focused on the relation of 4th, 5th and 6th Ezra. While the Apocalypse 4th Ezra as a reference text for New Testament writings is the subject of numerous studies, 5th and 6th Ezra are normally dismissed as Christian additions and are not understood in a meaningful relationship to 4th Ezra. Due to the fact that the Syriac tradition testifies 4th Ezra as an independent writing, it is often ignored, that the Latin tradition exclusively features 4th Ezra in the context of 5th and 6th Ezra. The study employs methodological approaches from the 361 Old Testament and Apocryphal research to investigate the relation between the three writings. Should it be regarded as a random compilation of writings or are there indications for a structural order or underlying concepts and motifs, which suggest an interrelated reading as a composed writing of 2nd Esdras? The study engages the subject with different approaches of research: first of all the medieval manuscripts representing the oldest complete sources for the writing of 2nd Esdras are evaluated. It is to be considered, that while all three writings are featured, the order of arrangement of the writings varies in the different traditions. In a synchronic exegetical analysis of the texts main themes and concepts are retraced and put in perspective to each other. Finally in a narratologic and dramatic point of view the plots and the arc of suspense of each writing is examined and considered in perspective of an underlying plot and understanding of 2nd Esdras as one story line. Especially in regard to the literary character of Ezra the different arrangements of the text emphasize different theological aspects of the character. The figure of Ezra itself becomes a projection space for the intentions of the later recipients. Therefore each arrangement of the writings can be regarded as a deliberate and meaningful expression of the theological concept of the recipients.

Mit aktuell vorhandenen Mitteln ist es schwierig, objektiv approximative Algorithmen zum Mengenabgleich gegenüberzustellen und zu vergleichen. Jeder Algorithmus kann durch unterschiedliche Wahl seiner jeweiligen Parameter an ein gegebenes Szenario angepasst werden und so zum Beispiel Bandbreiten- oder CPU-optimiert werden. Änderungen an den Parametern gehen jedoch meistens auch mit Änderungen an der Genauigkeit bei der Erkennung von Differenzen in den teilnehmenden Mengen einher und behindern somit objektive Vergleiche, die auf derselben Genauigkeit basieren. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die einen fairen Vergleich von approximativen Algorithmen zum Mengenabgleich erlaubt. Dabei wird eine feste Zielgenauigkeit definiert und im Weiteren alle die Genauigkeit beeinflussenden Parameter entsprechend gesetzt. Diese Methode ist universell genug, um für eine breite Masse an Algorithmen eingesetzt zu werden. In der Arbeit wird sie auf zwei triviale hashbasierte Algorithmen, einem basierend auf Bloom Filtern und einem basierend auf Merkle Trees angewandt, um dies zu untermauern. Im Vergleich zu vorherigen Arbeiten zu Merkle Trees wird vorgeschlagen, die Größe der Hashsummen dynamisch im Baum zu wählen und so den Bandbreitenbedarf an die gewünschte Zielgenauigkeit anzupassen. Dabei entsteht eine neue Variante des Mengenabgleichs mit Merkle Trees, bei der sich erstmalig die Genauigkeit konfigurieren lässt. Eine umfassende Evaluation eines jeden der vier unter dem Genauigkeitsmodell angepassten Algorithmen bestätigt die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik und nimmt eine Neubewertung dieser Algorithmen vor. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben die Auswahl eines effizienten Algorithmus für unterschiedliche praktische Szenarien basierend auf einer gewünschten Zielgenauigkeit. Die präsentierte Methodik zur Bestimmung passender Parameter, um für unterschiedliche Algorithmen die gleiche Genauigkeit zu erreichen, kann auch auf weitere Algorithmen zum Mengenabgleich angewandt werden und erlaubt eine objektive, allgemeingültige Einordnung ihrer Leistung unter verschiedenen Metriken. Der in der Arbeit entstandene neue approximative Mengenabgleich mit Merkle Trees erweitert die Anwendbarkeit von Merkle Trees und wirft ein neues Licht auf dessen Effektivität. / The objective comparison of approximate versioned set reconciliation algorithms is challenging. Each algorithm's behaviour can be tuned for a given use case, e.g. low bandwidth or computational overhead, using different sets of parameters. Changes of these parameters, however, often also influence the algorithm's accuracy in recognising differences between participating sets and thus hinder objective comparisons based on the same level of accuracy. We develop a method to fairly compare approximate set reconciliation algorithms by enforcing a fixed accuracy and deriving accuracy-influencing parameters accordingly. We show this method's universal applicability by adopting two trivial hash-based algorithms as well as set reconciliation with Bloom filters and Merkle trees. Compared to previous research on Merkle trees, we propose to use dynamic hash sizes to align the transfer overhead with the desired accuracy and create a new Merkle tree reconciliation algorithm with an adjustable accuracy target. An extensive evaluation of each algorithm under this accuracy model verifies its feasibility and ranks these four algorithms. Our results allow to easily choose an efficient algorithm for practical set reconciliation tasks based on the required level of accuracy. Our way to find configuration parameters for different, yet equally accurate, algorithms can also be adopted to other set reconciliation algorithms and allows to rate their respective performance in an objective manner. The resultant new approximate Merkle tree reconciliation broadens the applicability of Merkle trees and sheds some new light on its effectiveness.

Differentielles Testen ist ein wichtiger Bestandteil der Qualitätssicherung von Software, mit dem Ziel Testeingaben zu generieren, die Unterschiede im Verhalten der Software deutlich machen. Solche Unterschiede können zwischen zwei Ausführungspfaden (1) in unterschiedlichen Programmversionen, aber auch (2) im selben Programm auftreten. In dem ersten Fall werden unterschiedliche Programmversionen mit der gleichen Eingabe untersucht, während bei dem zweiten Fall das gleiche Programm mit unterschiedlichen Eingaben analysiert wird. Die Regressionsanalyse, die Side-Channel Analyse, das Maximieren der Ausführungskosten eines Programms und die Robustheitsanalyse von Neuralen Netzwerken sind typische Beispiele für differentielle Softwareanalysen. Eine besondere Herausforderung liegt in der effizienten Analyse von mehreren Programmpfaden (auch über mehrere Programmvarianten hinweg). Die existierenden Ansätze sind dabei meist nicht (spezifisch) dafür konstruiert, unterschiedliches Verhalten präzise hervorzurufen oder sind auf einen Teil des Suchraums limitiert. Diese Arbeit führt das Konzept des hybriden differentiellen Software Testens (HyDiff) ein: eine hybride Analysetechnik für die Generierung von Eingaben zur Erkennung von semantischen Unterschieden in Software. HyDiff besteht aus zwei parallel laufenden Komponenten: (1) einem such-basierten Ansatz, der effizient Eingaben generiert und (2) einer systematischen Analyse, die auch komplexes Programmverhalten erreichen kann. Die such-basierte Komponente verwendet Fuzzing geleitet durch differentielle Heuristiken. Die systematische Analyse basiert auf Dynamic Symbolic Execution, das konkrete Eingaben bei der Analyse integrieren kann. HyDiff wird anhand mehrerer Experimente evaluiert, die in spezifischen Anwendungen im Bereich des differentiellen Testens ausgeführt werden. Die Resultate zeigen eine effektive Generierung von Testeingaben durch HyDiff, wobei es sich signifikant besser als die einzelnen Komponenten verhält. / Differential software testing is important for software quality assurance as it aims to automatically generate test inputs that reveal behavioral differences in software. The concrete analysis procedure depends on the targeted result: differential testing can reveal divergences between two execution paths (1) of different program versions or (2) within the same program. The first analysis type would execute different program versions with the same input, while the second type would execute the same program with different inputs. Therefore, detecting regression bugs in software evolution, analyzing side-channels in programs, maximizing the execution cost of a program over multiple executions, and evaluating the robustness of neural networks are instances of differential software analysis with the goal to generate diverging executions of program paths. The key challenge of differential software testing is to simultaneously reason about multiple program paths, often across program variants, in an efficient way. Existing work in differential testing is often not (specifically) directed to reveal a different behavior or is limited to a subset of the search space. This PhD thesis proposes the concept of Hybrid Differential Software Testing (HyDiff) as a hybrid analysis technique to generate difference revealing inputs. HyDiff consists of two components that operate in a parallel setup: (1) a search-based technique that inexpensively generates inputs and (2) a systematic exploration technique to also exercise deeper program behaviors. HyDiff’s search-based component uses differential fuzzing directed by differential heuristics. HyDiff’s systematic exploration component is based on differential dynamic symbolic execution that allows to incorporate concrete inputs in its analysis. HyDiff is evaluated experimentally with applications specific for differential testing. The results show that HyDiff is effective in all considered categories and outperforms its components in isolation.