Verifikace programů ve strojovém kódu založená na abstrakci

Abstract

Tato disertační práce pojednává o formální verifikaci systémů založených na strojovém kódu pomocí techniky kontroly modelu s použitím abstrakce. Je prezentován současný stav poznání v tomto oboru a je poukázáno na slabá místa předchozích přístupů. Autorův výzkum popsaný v této disertační práci a předchozích článcích v konferenčních sbornících prezentuje nové způsoby řešení problémů předchozího výzkumu: systémy jsou popsány v programovacím jazyce Rust a samy o sobě simulovatelné, jsou automaticky konvertovány do verifikačních ekvivalentů a verifikovány v originální konstrukci založené na zjemňování trojhodnotové abstrakce. Pro účinnou verifikaci je speciálně zacházeno s proměnnými založenými na bitových vektorech. Autor práce vytvořil nástroj pro formální verifikaci, který implementuje představené techniky, a jeho schopnosti jsou v práci vyhodnoceny. Nástroj může být použit pro verifikaci libovolných konečných číslicových systémů, se zaměřením na systémy, kde je chování určeno programy ve strojovém kódu. Vytvořený nástroj je bezplatně a veřejně dostupný, s otevřeným zdrojovým kódem.This dissertation thesis is focused on formal verification of machine-code systems using model checking with abstraction. The background and state of the art of machine-code model checking are presented, and weaknesses of previous approaches are noted. The author's research described in this dissertation thesis and previous conference proceedings articles presents novel solutions to the major problems of previous research: the systems are described in the Rust programming language and are inherently simulable, automatically converted to verification equivalents and verified within a novel framework based on Three-Valued Abstraction Refinement. Special care is taken to allow efficient verification of variables based on bit-vectors. The author has created a formal verification tool implementing the introduced techniques, and its performance is evaluated in the thesis. The tool can be used to verify arbitrary finite-state digital systems, with a special focus on systems with behaviour determined by machine-code programs. The created tool is free, open-source, and publicly available.