安全C語言驗證器的形狀系統(tǒng)的擴展設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件已經(jīng)融入到人們的日常生活和工作生產(chǎn)中，而隨著軟件規(guī)模和復(fù)雜度的不斷攀升，軟件的質(zhì)量依舊不盡如人意，由此造成的問題對于安全攸關(guān)的領(lǐng)域威脅極大。提高軟件的可信度是大勢所趨，其中基于演繹推理的形式化驗證方法就是主要研究方向之一。
　　本課題組設(shè)計并開發(fā)了安全C語言驗證器，它是一款基于演繹推理的C語言程序驗證工具，采用了霍爾邏輯和形狀圖邏輯。形狀系統(tǒng)是安全C語言驗證器對于形狀圖邏輯的實現(xiàn)，用于完成堆指針相關(guān)程

2、序語句的演算，并限制程序能夠使用的易變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)操作。本工作針對形狀系統(tǒng)中存在的不足，實施了一系列改進和擴展。
　　第一，擴展了形狀系統(tǒng)的演算操作。通過為節(jié)點定位演算擴展角標(biāo)表達式相關(guān)的操作規(guī)則，把該演算擴展到適用于帶角標(biāo)的指針訪問路徑的場合，解決原本指針訪問路徑抽象表述能力不足的問題。此外，本工作還通過函數(shù)調(diào)用窗口的概念，細化和實現(xiàn)了形狀圖邏輯中最復(fù)雜的函數(shù)調(diào)用規(guī)則，使得形狀系統(tǒng)能支持帶函數(shù)調(diào)用語句的驗證。
　　第二

3、，改進了形狀圖的構(gòu)造方法。形狀圖構(gòu)造方法用于從描述堆指針性質(zhì)的符號斷言構(gòu)造等價的形狀圖，以便形狀系統(tǒng)能夠根據(jù)構(gòu)造得到的形狀圖對堆指針操作語句進行演算。本工作為該方法引入了內(nèi)置形狀謂詞，用以簡化和復(fù)用部分斷言描述，并對不同類型的斷言施加明確的操作語義，使得形狀系統(tǒng)可以正確還原斷言描述的形狀圖，并發(fā)現(xiàn)斷言中的錯誤。此外，本工作還引入了自定義謂詞到內(nèi)置形狀謂詞的推斷方法，以盡可能規(guī)避內(nèi)置形狀謂詞引入后造成的冗余表述的問題。
　　第三，引

4、入了形狀檢查方法。形狀檢查方法用以檢查程序使用的易變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否符合安全C語言的相關(guān)限定。為表示檢查操作的不同嚴格程度，本工作為形狀檢查方法引入不同的形狀級別，并通過形狀分割、形狀分析和形狀推斷這三個階段分解由易變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中不同指針域帶來的復(fù)雜性。另外，本工作還通過實現(xiàn)顯式形狀檢查和隱式形狀檢查，簡化形狀檢查方法的使用。
　　通過本文工作，擴展后的形狀系統(tǒng)可以處理表述能力更強、更為復(fù)雜的描述形狀圖的斷言，能夠支持含有函數(shù)調(diào)用的程序