Abstractions via Program Transformations

Mgr. Henrich Lauko

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Při automatické verifikaci programů využívá většina nástrojů abstrakce ke snížení složitosti analyzovaných systémů. Přestože jsou tyto techniky široce používány, je jejich implementace obvykle pevně spjata s konkrétními nástroji, což způsobuje nežádoucí složitost implementace a znemožňuje jakékoli použití v jiných nástrojích. Ve svém výzkumu se zaměřuji na zkoumání technik založených na abstrakci používaných při ověřování programu, jako například abstraktní interpretace, zjemňování abstrakcí na základě protipříkladů nebo symbolická exekuce. Tyto techniky plánuji upravit tak, že budou samostatně použitelné nezávisle na verifikačním nástroji. Jako řešení pro samostatně použitelné abstrakce navrhuji ve své práci metodu založenou na transformaci programů. Tato metoda využívá instrumentace k vložení abstrakce přímo do programu, a v důsledku toho zbavuje odpovědnosti za abstrakci verifikační nástroje. Doposud jsem v této oblasti vyvinul techniku symbolické exekuce založené na transformaci a taktéž abstrakci řetězců pro explicitní ověřování modelů. V budoucnu plánuji zobecnit techniku založenou na transformaci pro širší škálu abstraktních domén, jako je predikátová doména nebo abstrakce ukazatelů. Dále mám v úmyslu přizpůsobit tradiční techniky zjemňování abstrakcí pro abstrakce založené na transformaci.

Abstract:

In computer-aided verification, most of the tools leverage abstraction techniques to reduce the complexity of analyzed systems. Even though these techniques are widely adopted, they are usually tightly integrated into tools, causing undesired complexity, and neglect any reusable design. In my research, I focus on the investigation of abstraction-based techniques used in program verification as abstract interpretation, counterexample guided abstraction or symbolic execution. For these techniques, I devise self-contained alternatives and general-purpose analyses. As a solution for self-contained abstraction, I propose a transformation-based method. This method utilizes instrumentation to insert abstraction directly to the program and consequently quits of responsibility for abstraction from the verification tools. Up until now, I have developed transformation-based symbolic execution and string abstraction for explicit model checkers. In the future, I plan to generalize the transformation-based technique for a wider variety of abstract domains such as predicate or pointer abstraction. Furthermore, I intend to adapt traditional abstraction refinement techniques to the self-contained abstraction.

Keywords

formal verification, model checking, symbolic model checking, divine, abstraction, llvm, implementation, program transformation, lart, C, C++

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 11. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 14. 1. 2020
• Reader: prof. RNDr. Luboš Brim, CSc., doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Theoretical computer science / Theoretical computer science