隨想錄（形式化驗證小結）

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    形式化驗證，英文是formal verification，是驗證軟硬件邏輯很重要的一種方法。特別是對於芯片開發、高安全性的系統開發來說，是非常必要。這主要是因爲系統失敗的代價很高，傳統的測試也無法驗證整個系統的安全性和可靠性。

 

1、目前主要的測試方法

    當前，驗證的主要方法就是將軟件、或者硬件代碼轉變成邏輯代碼，接着用專門的邏輯驗證軟件來執行這些邏輯代碼。

 

2、編程語言和工具

    現在使用比較多的工具有Isabelle/HOL、CSP/PAT等，其中pat是新加坡的一所大學開發的，推薦大家作爲入門使用。

 

3、已經使用形式化驗證的軟件

    sel4，一個用形式化驗證的操作系統內核

 

4、適合用作入門資料的幾個鏈接

a，https://www.cnblogs.com/LoganChen/p/7729820.html

b，https://www.cnblogs.com/LoganChen/p/7735802.html

c，https://www.cnblogs.com/LoganChen/p/7741785.html

d，https://www.cnblogs.com/juandx/p/4225373.html

e，https://www.bbsmax.com/A/kPzOx2V7Jx/

f，https://github.com/seL4/seL4，形式化驗證的os

g，https://github.com/AbsInt/CompCert，形式化驗證工具

h，https://pat.comp.nus.edu.sg/，形式化驗證的c編譯器

 

5，形式化驗證的幾個注意點

a，形式化驗證最難的部分就是需要將c&彙編語言轉變成邏輯語言

b，形式化驗證其實是一個白盒驗證，它不僅需要了解軟件的寫法，還要做出抽象和提煉，對測試者要求很高

c，形式化驗證不能保證100%的正確，但是會大幅度較少出錯的風險

 

6，怎麼簡單地理解形式化

  就好比c語言大家都會寫，但是如何保證C語言都是正確的、沒有二義性，窮舉是沒有用的。那麼需要對c語言的bnf範式進行驗證和確認，這纔是驗證的根本。

 

7，形式化驗證的主要方法

a，等效性檢驗

b，定理證明

c，模型檢驗

 

8，形式化中的assert

    目前看來形式化中的assert是需要自己設計的，除此之外，還需要自己確認哪些狀態可達、哪些路徑可以執行、哪些語句沒有二義性，這個也比較複雜。看上去，形式化驗證有點像單元測試，但是兩者的內容還是不一樣的。

 

9，最簡單的形式化驗證

    這個例子來自https://www.cnblogs.com/LoganChen/p/7741785.html，

    代碼爲，

//The classic Readers/Writers Example model multiple processes accessing a shared file.

////////////////The Model//////////////////
//the maximun size of the readers that can read concurrently
#define M 2;
var writing = false;
var noOfReading = 0;

Writer()     = [noOfReading == 0 && !writing]startwrite{writing = true;} -> stopwrite{writing = false;} -> Writer();
Reader()     = [noOfReading < M && !writing]startread{noOfReading = noOfReading+1;} -> 
                          //the following guard condition is important to avoid infinite state space, because noOfReading can go negtively infinitely
                          ([noOfReading > 0]stopread{noOfReading = noOfReading-1;} -> Reader());

//there are infinite number of Readers and Writers
ReadersWriters() = |||{..} @ (Reader() ||| Writer());

////////////////The Properties//////////////////
#assert ReadersWriters() deadlockfree;
#define exclusive !(writing == true && noOfReading > 0); 
#assert ReadersWriters() |= [] exclusive;
#define someonereading noOfReading > 0;
#assert ReadersWriters() |= []<>someonereading;
#define someonewriting writing == true;
#assert ReadersWriters() |= []<>someonewriting;

 

10，形式化驗證的另外一個戰場

    金融領域，特別是虛擬數字貨幣。

 

PS：

    目前形式化驗證國內的資料比較少，大家可以看一些論文、或者直接用bing搜國外的文章，用pat軟件來學習也可以。只要有一些數理邏輯、離散數學的抽象思維和思想，理解起來沒那麼複雜。

 

    後續如果發現更好的資料，我也會在這個page下面進行更新。