Verificação de Programas Embarcados ANSI-C baseada em indução Matemática e Invariantes - Melo, Raimundo Williame Rocha de (Universidade Federal do Amazonas, 2018)
O uso de sistemas embarcados, sistemas computacionais especializados para execução em sistemas eletrônicos ou mecânicos tem crescido de forma vertiginosa devido a utilização cada vez mais intensa de sensores, interfaces de rede e protocolos de comunicação em diversas áreas. Por isso, é cada vez mais importante garantir a robustez desses sistemas, uma vez que estão se tornando mais complexos e integrados. Existem várias técnicas para garantir que um sistema seja entregue ao cliente sem erros, em particular, a verificação formal dos programas tem se revelado eficaz na busca de falhas. Neste trabalho é descrito um algoritmo de indução matemática conhecido como k-induction combinado ao uso de invariantes para verificar e refutar propriedades de segurança em programas desenvolvidos na linguagem ANSI-C. Em particular, a abordagem proposta infere invariantes no programa para auxiliar na verificação de programas ANSI-C através da técnica de indução matemática através do refinamento de restrição (i.e, poliédrico) para especificar pré- e pós-condições. No método proposto, adotamos dois geradores de invariantes para produzir e alimentar o algoritmo de indução matemática o qual é implementado na ferramenta Efficient SMT-Based Context-Bounded Model Checker. A motivação para a combinação de invariantes com o algoritmo de indução matemática é fechar um gap na verificação formal de programas que possuam variáveis globais, além de programas com loops que possuem desvios condicionais e o número de iterações é desconhecido. PIPS e PAGAI são as ferramentas utilizadas para analisar o código e produzir invariantes indutivas responsáveis por guiar o algoritmo de indução matemática na verificação do benchmark, sendo este o principal desafio do método proposto. Para avaliar a eficácia da abordagem proposta neste trabalho, além de aplicações de Sistemas Embarcados foram utilizados benchmarks públicos disponibilizados pela Competição Internacional de Verificação de Software onde participam Universidades, pesquisadores, estudandantes de doutorado de várias partes do mundo, e fornece amplo conjunto de casos de teste para verificação. Além disso, foram utilizadas ferramentas estado-da-arte para a comparação dos resultados e, assim mensurar a eficácia do método proposto. Os resultados experimentais foram positivos e mostraram que o algoritmo de indução matemática com invariantes pode verificar uma grande variedade de propriedades de segurança em programas com loops e aplicações de sistemas embarcados de telecomunicações, sistemas de controle e dispositivos médicos.