Softwareverifikation
Covid-19 Information:
Sowohl die Vorlesung als auch die Übung finden statt. Die Vorlesungen werden als synchrone Online-Veranstaltungen via Zoom zu den regulären Zeiten (s. unten) durchgeführt. Die Zugangsdaten zum Zoom-Meeting werden über Moodle verteilt. Die Zugansinformationen zum Moodle Kurs wurden an alle via Agnes registrierten Teilnehmer*innen versendet. Sollten Sie keine Informationen bekommen haben und dennoch am Kurs teilnehmen wollen, können Sie die Informationen auch per E-Mail erfragen. Bitte nutzen Sie hierzu ihre HU E-Mail Adresse.
Wann und Wo
Vorlesung: Mittwoch 13-15, Moodle
Vorlesung: Donnerstag 13-15, Moodle
Übung: Mittwoch 15-17, Moodle
Wer
Dozent: Prof. Holger Schlingloff / Dr. Thomas Vogel
Beschreibung und Aufbau der Lehrveranstaltung
Je mehr Software in sicherheitskritischen Systemen eingesetzt wird, umso wichtiger wird es, ihre Korrektheit objektiv nachzuweisen. Beispiele sind Signalisierungsanlagen in der Bahntechnik, Steuercomputer in Flugzeugen oder Regelungen medizinischer Geräte. In den letzten Jahren sind formale Verifikations- und Analysemethoden für solche Software so weit entwickelt worden, dass sie auch für industriell relevante Probleme einsetzbar geworden sind. Zu den Eigenschaften, die formal nachweisbar sind, gehören z.B. die Abwesenheit von arithmetischen Überläufen bzw. Nulldivisionen, Speicherfehlern, oder „toten“ Codes. Der Einsatz dieser Methoden wird von den einschlägigen Normen für hochgradig sicherheitsrelevante Software dringend empfohlen. Aber auch bei der Entwicklung von Treibern und Standardsoftware für weitverbreitete Betriebssysteme werden statische und dynamische Analysewerkzeuge eingesetzt.
Das Modul behandelt Methoden zur deduktiven Verifikation, bei der die Beweise interaktiv vom Benutzer mit einem Beweissystem geführt werden, sowie automatische Verifikationsverfahren, die in der industriellen Praxis eingesetzt werden: bei der Modellprüfung (Model Checking) wird ein Modell des Systems bezüglich einer temporallogischen Eigenschaft überprüft, und bei der dynamischen Analyse werden Laufzeiteigenschaften bezüglich spezifizierter Anforderungen untersucht.
Die Vorlesung gibt einen Überblick über die wichtigsten formalen Methoden zur Software-Verifikation. In den Übungen erlernen die Teilnehmer anhand verschiedener Werkzeuge, wie die entsprechenden Methoden in der Praxis eingesetzt werden können.
Vorlesungsplanung bis Semesterende (Änderungen möglich)
- Einführung
- Aussagenlogik
- Modellierung
- Temporale Logik (LTL, CTL, CTL*)
- Algorithmen zur Modellprüfung
- Symbolische Zustandsraumrepräsentation (BDDs)
- Abstraktion und Verfeinerung
- Realzeit-Modellprüfung
- Probabilistische Systeme
- Software Model Checking
Skript und Übungsaufgaben
Alle Materialien zur Vorlesung werden in Moodle zur Verfügung gestellt. Das Passwort zum Kursbeitritt wird in der ersten Veranstaltung bekanntgegeben.
Änderungen an den Terminen und am genauen Inhalt sind (auch kurzfristig) möglich, werden aber im Normalfall auf dieser Webseite und in der Vorlesung bekanntgegeben.
Die Übungsblätter werden spätestens in der dem Übungstermin vorausgehenden Woche in Moodle zur Verfügung gestellt. Dort befinden sich auch die Folien zu den Übungen.
Voraussetzungen und Prüfung
Grundlagenkenntnisse in Logik und Graphtheorie werden vorausgesetzt.
Für die Zulassung zur Prüfung ist ferner die Teilnahme am Übungsbetrieb verpflichtend.
Die Lehrveranstaltung wird mit entweder eine mündliche Prüfung (etwa 30 Minuten) oder einer 180-Minuten schriftlichen Klausur geprüft. Für schriftliche Prüfungen ist ein beidseitig beschriebener (auch maschinell) DIN A4 Zettel als Zugelassenes Hilfsmittel erlaubt.
Literatur
- Principles of Program Analysis . Flemming Nielson, Hanne Riis Nielson, Chris Hankin.
- Modern compiler implementation in Java, Andrew Appel, 2nd. edition.
- Edmund M. Clarke, Orna Grumberg, Doron Peled. Model Checking. MIT Press, 2000.
- Jeff Magee and Jeff Kramer. Concurrency: State Models & Java Programs. John Wiley & Sons, 2000.
- Christel Baier and Joost-Pieter Katoen. Principles of Model Checking. MIT Press, 2008