GhostFunc:一种针对Rust操作系统内核的验证方法

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作者 何韬 董威 文艳军 《软件学报》 北大核心 2025年第8期3494-3511,共18页

操作系统是软件的基础平台,操作系统内核的安全性往往影响重大.Rust是逐渐兴起的内存安全语言,具有生命周期、所有权、借用检查、RAII等安全机制,使用Rust语言构建内核逐渐成为当前热门的研究方向.但目前使用Rust构建的系统多包含部分un... 操作系统是软件的基础平台,操作系统内核的安全性往往影响重大.Rust是逐渐兴起的内存安全语言,具有生命周期、所有权、借用检查、RAII等安全机制,使用Rust语言构建内核逐渐成为当前热门的研究方向.但目前使用Rust构建的系统多包含部分unsafe代码段,无法从根本上保证语言层面的安全性,因而针对unsafe代码段的验证对于保证Rust构建的内核正确可靠尤为重要.以某使用Rust构建的微内核为对象,提出GhostFunc的safe和unsafe代码段组合验证方法,将两类代码段采用不同层级的抽象,使用GhostFunc进行组合验证.针对任务管理与调度模块,基于λ_(Rust)形式化Arc<T>等unsafe代码段,并给出形式化GhostFunc的具体实现,完成此方法的验证实例.所有验证工作基于定理证明的方法,在Coq中采用Iris分离逻辑框架完成正确性的验证. 展开更多

关键词 形式化验证 操作系统内核 分离逻辑 RUST 定理证明

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运用定理证明的形式化方法验证SpaceWire编码电路 被引量：10

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作者 李黎明 关永 +2 位作者 吴敏华 张杰 施智平 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2012年第6期1372-1376,共5页

我国空间太阳望远镜(SST)项目采用了SpaceWire作为传输总线,目前针对SpaceWire总线的验证主要采用测试和模拟等传统的方法,这类验证方法是不完备的.本文旨在对SST项目中SpaceWire总线的DS编码电路是否如实地实现标准中的规范要求进行验... 我国空间太阳望远镜(SST)项目采用了SpaceWire作为传输总线,目前针对SpaceWire总线的验证主要采用测试和模拟等传统的方法,这类验证方法是不完备的.本文旨在对SST项目中SpaceWire总线的DS编码电路是否如实地实现标准中的规范要求进行验证,运用定理证明的形式化方法,在HOL4工具上对该电路的设计实现与规范要求的一致性进行验证,克服了传统验证方法的局限性. 展开更多

关键词 形式化验证 SpaceWire标准 DS编码 定理证明 高阶逻辑

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有穷时间投影时序逻辑的完备公理系统 被引量：5

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作者 舒新峰 段振华 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期366-380,共15页

为采用定理证明的方法对并发及交互式系统进行验证,研究了有穷论域下有穷时间一阶投影时序逻辑(projection temporal logic,简称PTL)的一个完备公理系统.在介绍PTL的语法、语义并给出公理系统后,提出了PTL公式的正则形(normal form,简称... 为采用定理证明的方法对并发及交互式系统进行验证,研究了有穷论域下有穷时间一阶投影时序逻辑(projection temporal logic,简称PTL)的一个完备公理系统.在介绍PTL的语法、语义并给出公理系统后,提出了PTL公式的正则形(normal form,简称NF)和正则图(normal form graph,简称NFG).基于NF给出了NFG的构造算法,并利用NFG可描述公式模型的性质证明PTL公式的可满足性判定定理和公理系统的完备性.最后,结合实例展示了PTL及其公理系统在系统验证中的应用.结果表明,基于PTL的定理证明方法可方便用于并发系统的建模与验证. 展开更多

关键词 投影时序逻辑 公理系统 完备性证明 定理证明 形式化方法

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基于配对方法的自动定理证明 被引量：1

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作者 陈玉泉 陆汝占 余皓 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第4期271-277,共7页

ＰｅｔｅｒＢ．Ａｎｄｒｅｗｓ提出了自动定理证明的配对方法的理论和算法．本文针对该算法的缺点，给出了一个无需回溯的实现算法。

关键词 自动定理 证明 配对 归结 关联 高阶逻辑

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基于PVS的ITL定理证明方法 被引量：1

5

作者 朱维军 王迤冉 周清雷 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2009年第4期31-34,44,共5页

介绍了区间时序逻辑ITL的语法、语义和公理系统以及通用的辅助定理证明工具PVS,研究了嵌入ITL到PVS的原理,给出了描述ITL的PVS模块,并给出一个实例,实现了基于PVS的ITL推理.在此基础上可以进一步实现基于PVS的多种扩展ITL推理.

关键词 区间时序逻辑 原型验证系统 辅助定理证明

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支持索引式的PPTL定理证明器的实现 被引量：2

6

作者 王小兵 寇蒙莎 +1 位作者 李春奕 赵亮 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2172-2188,共17页

定理证明是目前主流的形式化验证方法,拥有强大的抽象和逻辑表达能力,且不存在状态空间爆炸问题,可用于有穷和无穷状态系统,但其不能完全自动化,并且要求用户掌握较强的数学知识.含索引式的命题投影时序逻辑(PPTL)是一种具有完全正则表... 定理证明是目前主流的形式化验证方法,拥有强大的抽象和逻辑表达能力,且不存在状态空间爆炸问题,可用于有穷和无穷状态系统,但其不能完全自动化,并且要求用户掌握较强的数学知识.含索引式的命题投影时序逻辑(PPTL)是一种具有完全正则表达能力,并且包含LTL的时序逻辑,具有较强的建模和性质描述能力.目前,一个可靠完备的含索引式的PPTL公理系统已被构建,然而基于该公理系统的定理证明尚未得到良好工具的支持,存在证明自动化程度较低以及证明冗长易错的问题.鉴于此,首先设计了支持索引式的PPTL定理证明器的实现框架,包括公理系统的形式化与交互式定理证明;然后,在Coq中形式化定义了含索引式的PPTL公式、公理与推理规则,完成了框架中公理系统的实现;最后,通过两个实例的交互式证明验证了该定理证明器的可用性. 展开更多

关键词 定理证明 COQ 索引式 命题投影时序逻辑 公理系统

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函数矩阵及其微积分的高阶逻辑形式化 被引量：2

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作者 杨秀梅 关永 +3 位作者 施智平 吴爱轩 张倩颖 张杰 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2016年第11期24-29,共6页

函数矩阵广泛应用于动态系统的建模与分析。传统的函数矩阵分析主要采用纸笔演算、数值计算和符号推导的方法,这些方法不能保证提供精确或正确的结果。高阶逻辑定理证明作为一种高可靠的形式化验证方法,可以克服以上不足。在高阶逻辑定... 函数矩阵广泛应用于动态系统的建模与分析。传统的函数矩阵分析主要采用纸笔演算、数值计算和符号推导的方法,这些方法不能保证提供精确或正确的结果。高阶逻辑定理证明作为一种高可靠的形式化验证方法,可以克服以上不足。在高阶逻辑定理证明器HOL4中对函数向量和函数矩阵相关理论进行形式化,内容包括函数向量和函数矩阵及其连续性、微分、积分的形式化定义和相关性质的逻辑推理证明。为示范函数矩阵形式化的应用,最后给出机器人运动学中旋转矩阵微分公式的形式化验证。 展开更多

关键词 函数矩阵 微积分性质 形式化验证 高阶逻辑定理证明

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群机器人区域覆盖算法高阶逻辑建模与验证 被引量：1

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作者 尹晓娜 王国辉 +3 位作者 施智平 关永 张倩颖 张景芝 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2022年第3期475-482,共8页

区域覆盖算法广泛用于群机器人解决资源勘查、目标搜救、地形测绘等问题.目前,对区域覆盖算法的研究主要是用传统计算机仿真和数值计算方法对算法模型进行测试,然而,软件系统缺陷可能会使测试结果出现偏差,导致任务失败.因此,本文采用... 区域覆盖算法广泛用于群机器人解决资源勘查、目标搜救、地形测绘等问题.目前,对区域覆盖算法的研究主要是用传统计算机仿真和数值计算方法对算法模型进行测试,然而,软件系统缺陷可能会使测试结果出现偏差,导致任务失败.因此,本文采用定理证明的形式化方法,基于交互定理证明器HOL-Light中集合库、实分析库等定理证明库,实现了群机器人工作场景的高阶逻辑表达;完成了机器人移动概率和平均移动概率的建模与验证;最终验证了一定时间步长内群机器人在特定区域内的覆盖率的正确性.为实现多种复杂场景下群机器人区域覆盖算法的高阶逻辑定理证明形式化分析奠定基础. 展开更多

关键词 群机器人 区域覆盖 高阶逻辑 定理证明 形式化验证

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MSVL程序的自动定理证明方法 被引量：1

9

作者 马倩 段振华 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期75-81,共7页

时序逻辑程序设计语言能被用于验证C、Verilog/VHDL程序的正确性.但目前时序逻辑程序设计语言程序只能纯手工进行定理证明.针对该问题提出了一种基于定理证明器原型验证系统的时序逻辑程序设计语言程序的自动定理证明方法.该方法首先使... 时序逻辑程序设计语言能被用于验证C、Verilog/VHDL程序的正确性.但目前时序逻辑程序设计语言程序只能纯手工进行定理证明.针对该问题提出了一种基于定理证明器原型验证系统的时序逻辑程序设计语言程序的自动定理证明方法.该方法首先使用原型验证系统规范语言描述时序逻辑程序设计语言的语法和语义,使得原型验证系统能够正确识别时序逻辑程序设计语言程序;然后使用原型验证系统规范语言描述时序逻辑程序设计语言的公理系统和待证定理;最后输入原型验证系统命令调用原型验证系统证明器来进行时序逻辑程序设计语言程序的推演证明.在证明过程中,细节被原型验证系统自动地证明,使得人工仅在复杂的步骤上指导控制,从而实现半自动地验证时序逻辑程序设计语言程序,简化了该定理的证明过程. 展开更多

关键词 时序逻辑 公理系统 定理证明 验证

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一种基于分离逻辑的块云存储系统验证工具 被引量：3

10

作者 张博闻 金钊 +1 位作者 王捍贫 曹永知 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2264-2287,共24页

云存储技术目前被广泛应用于人们的生产与生活中.验证云存储系统中管理程序的正确性,能够有效地提高整个系统的可靠性.块云存储系统(CBS)具有最接近底层的存储架构.运用交互式定理证明器Coq,实现了一种辅助验证工具,用于分析和验证CBS... 云存储技术目前被广泛应用于人们的生产与生活中.验证云存储系统中管理程序的正确性,能够有效地提高整个系统的可靠性.块云存储系统(CBS)具有最接近底层的存储架构.运用交互式定理证明器Coq,实现了一种辅助验证工具,用于分析和验证CBS中管理程序的正确性.基于分离逻辑的思想,对工具中证明系统的实现主要包括:首先,将CBS抽象为两层堆结构,定义建模语言形式化表示CBS的状态和管理程序;其次,定义描述CBS状态性质的堆谓词,并说明堆谓词间的逻辑关系;最后,定义描述程序行为的CBS分离逻辑三元组,以及制定验证三元组所需的推理规则.此外,还引入了几个证明实例,以此展示工具对实际CBS管理程序表示和推理的能力. 展开更多

关键词 分离逻辑 交互式定理证明器 块云存储系统 形式化验证 COQ

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定理证明辅助工具Isabelle剖析与应用

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作者 郭慧梅 缪淮扣 陈怡海 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2007年第8期14-16,43,共4页

Isabelle是一个通用的定理证明器,应用领域广泛。介绍Isabelle逻辑系统的功能和构成,分析了Isabelle的规格说明语言、验证系统的特点,并给出了用Isabelle逻辑系统来构造Z规格说明的定理证明的方法。

关键词 逻辑系统 定理证明器 形式化方法

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函数极限的高阶逻辑形式化建模与验证 被引量：2

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作者 赵春娜 赵刚 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期2119-2133,共15页

在高阶逻辑定理证明器中研究了函数无穷远处极限的形式化建模和验证,包括函数无穷远处极限定义的形式化模型,函数极限相关性质的建模与验证,有唯一性、保不等式性、绝对值函数在无穷远处的极限、极限等价性、常函数极限等.函数无穷远处... 在高阶逻辑定理证明器中研究了函数无穷远处极限的形式化建模和验证,包括函数无穷远处极限定义的形式化模型,函数极限相关性质的建模与验证,有唯一性、保不等式性、绝对值函数在无穷远处的极限、极限等价性、常函数极限等.函数无穷远处极限的高阶逻辑定义是利用拓扑极限方式定义的,并在实数域内利用集合关系等验证定理.根据集合有序关系定理验证了唯一性.利用差值和绝对值的高阶逻辑性质验证极限为零的属性.变量与常数之和与积的极限高阶逻辑定理也通过已验证定理和高阶逻辑策略验证了.建立了函数极限四则运算的高阶逻辑模型,并验证了函数极限加法、函数极限减法、函数极限乘法、函数极限与常数乘法、函数极限除法的高阶逻辑定理.也建立了函数积分极限的高阶逻辑形式化模型,验证了函数积分极限上限绝对值定理、函数积分极限上限可加定理、函数积分极限上限可乘定理.在此基础上,建立了拉普拉斯变换卷积定理的高阶逻辑形式化建模与验证.最后,对电阻-电感电路中的电流进行了高阶逻辑形式化建模与验证,建立了单位阶跃信号和电路中电流的高阶逻辑形式化定义,并验证了其正确性.该实例验证表明了函数极限和相关性质的高阶逻辑形式化模型的正确性,为后续控制系统的形式化分析奠定了良好的基础. 展开更多

关键词 函数极限 高阶逻辑 形式化验证 定理证明 卷积

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定理证明理论与应用专题前言 被引量：3

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作者 曹钦翔 詹博华 赵永望 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2113-2114,共2页

随着计算机系统在工业和生活中越来越广泛的应用,软件和硬件的可靠性受到越来越多的关注.定理证明方法将程序和系统的正确性表达为数学命题,然后使用逻辑推导的方式证明正确性.不同于基于程序测试的技术,定理证明方法能保证覆盖所有边... 随着计算机系统在工业和生活中越来越广泛的应用,软件和硬件的可靠性受到越来越多的关注.定理证明方法将程序和系统的正确性表达为数学命题,然后使用逻辑推导的方式证明正确性.不同于基于程序测试的技术,定理证明方法能保证覆盖所有边缘情况,完全排除一些特定类型的错误.而基于逻辑推导的交互式定理证明技术还能不受系统状态空间大小和复杂性的限制,验证非常复杂的系统和性质.因此,定理证明技术不仅是形式化方法领域,也是众多其他应用领域国内外学者的关注焦点和研究新热点. 展开更多

关键词 逻辑推导 定理证明 形式化方法 计算机系统 数学命题 程序测试 关注焦点 特定类型

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重写对策在基于HOL的形式化证明中的应用 被引量：1

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作者 张杰 毛丹雯 +1 位作者 关永 施智平 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2013年第10期3664-3668,共5页

讨论了重写对策在基于高阶逻辑定理证明系统HOL的形式化证明过程中的应用。通过REWRITE_TAC对策、ASM_REWRITE_TAC对策和RW_TAC对策,详细分析了重写对策的功能、应用方法、应用环境、应用中可能出现的问题以及解决办法,给出了DB.match... 讨论了重写对策在基于高阶逻辑定理证明系统HOL的形式化证明过程中的应用。通过REWRITE_TAC对策、ASM_REWRITE_TAC对策和RW_TAC对策,详细分析了重写对策的功能、应用方法、应用环境、应用中可能出现的问题以及解决办法,给出了DB.match搜索和DB.find搜索等重写对策的定理参数的选择方法,并进行了分析与比较。进一步说明了重写对策在基于HOL系统的形式化证明中的重要性,以期对HOL系统用户提供一些帮助与启发,促进HOL系统的进一步发展与完善,使形式化方法能够解决更多的实际问题。 展开更多

关键词 定理证明方法 高阶逻辑定理证明系统 形式化证明 目标制导法 重写对策

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软件形式化方法与应用专题前言 被引量：4

15

作者 詹乃军 王戟 李宣东 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期495-496,共2页

形式化方法起步于程序理论和语义的研究,历经50余年的发展,成为了计算机科学的重要领域.它使用严格的数学方法,研究并发展软件和硬件系统的建模、设计、开发、验证与演化等技术,为保障系统的正确性、可靠性和安全性提供了重要途径.本专... 形式化方法起步于程序理论和语义的研究,历经50余年的发展,成为了计算机科学的重要领域.它使用严格的数学方法,研究并发展软件和硬件系统的建模、设计、开发、验证与演化等技术,为保障系统的正确性、可靠性和安全性提供了重要途径.本专题收录的13篇论文反映了近年来我国学者在软件形式化方法与应用领域的部分研究成果. 展开更多

关键词 形式化方法 高阶逻辑 应用专题 定理证明器 程序理论 数学方法 研究成果 代数的 计算机科学 保障系统

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实数二项式系数在HOL4中的形式化 被引量：1

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作者 师丽坤 赵春娜 +3 位作者 关永 施智平 李晓娟 叶世伟 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第2期15-18,共4页

定理证明是一种形式化方法,在高可靠性系统验证中起着越来越重要的作用。分数阶微积分是高可靠性系统分析的基础,实数二项式系数是分数阶微积分定义的重要组成部分。在高阶逻辑定理库中还没有实数二项式系数的形式化。提出实数二项式系... 定理证明是一种形式化方法,在高可靠性系统验证中起着越来越重要的作用。分数阶微积分是高可靠性系统分析的基础,实数二项式系数是分数阶微积分定义的重要组成部分。在高阶逻辑定理库中还没有实数二项式系数的形式化。提出实数二项式系数高阶逻辑形式化方法。首先研究阶乘幂在HOL4中的形式化,然后利用阶乘幂的高阶逻辑形式分析实数二项式系数,最后将实数二项式系数应用于分数阶微积分的形式化。分数阶微积分的形式化分析表明了实数二项式系数及其运算性质形式化的正确性和有效性。 展开更多

关键词 实数二项式系数 高阶逻辑 定理证明 HOL4 分数阶微积分

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