Formální analýza programů

• 26 hod. přednášky

• 70 bodů závěrečná zkouška
• 30 bodů projekty

Znalost možností, omezení a principů současných metod analýzy programů s formálními základy. Schopnost jejich aplikace v pokročilých projektech a přehled o možnostech jejich dalšího rozvoje.
Prohloubení schopnosti číst a vytvářet formální zápisy.

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy, možnostmi a omezeními aktuálně nejúspěšnějších metod známých, resp. zkoumaných, v oblasti aplikace formálních technik pro automatickou analýzu a verifikaci programů.

Znalost základních pojmů z oblasti logiky, algebry, grafů, teorie formálních jazyků a automatů, překladačů a vyčíslitelnosti a složitosti.

• Aho, A.V., Lam, S., Sethi, R., Ullman, J.D.: Compilers: Principles, Techniques, and Tools. Addison Wesley, 2nd ed., 2006. The part devoted to static analysis.
• Bradley, A.R., Manna, Z.: The Calculus of Computation: Decision Procedures with Applications to Verification, Springer, 2007.
• Valmari, A.: The State Explosion Problem. In Reisig, W., Rozenberg, G.: Lectures on Petri Nets I: Basic Models, volume 1491 of Lecture Notes in Computer Science, pages 429-528. Springer-Verlag, 1998.
• Chess, B., West,J.: Secure Programming with Static Analysis. Addison-Wesley Professional, 2007.
• Kroening, D., Strichman, O.: Decision Procedures: An Algorithmic Point of View, Springer, 2008.
• Holzmann, G.J.: The SPIN Model Checker: Primer and Reference Manual, Addison-Wesley Professional, 2003.
• Ben-Ari, M.: Principles of the Spin Model Checker, Springer, 2008.
• Bertot Y., Castéran, P.: Interactive Theorem Proving and Program Development: Coq'Art: The Calculus of Inductive Constructions, Springer, 2010.
• Materials presented within the lectures and made accessible via the Internet.
• Materials freely accessible on the Internet, especially papers and documentation related to the various computer-aided tools for formal analysis and verification.
• Clarke, E.M., Henzinger, Th.A., Veith, H., Bloem, R. (Eds.): Handbook of Model Checking, Springer International Publishing, 2018.
• Baier, C., Katoen, J.-P.: Principles of Model Checking. MIT Press, 2008.
• Rival, X., Yi, K.: Introduction to Static Analysis. An Abstract Interpretation Perspective. MIT Press, 2020.
• Moller, A., Schwartzbach, M.I.: Static Program Analysis, Department of Computer Science, Aarhus University, Denmark, 2018.
• Nielson, F., Nielson, H.R., Hankin, C.: Principles of Program Analysis, Springer-Verlag, 2005.
• Edmund, M.C., Grumberg, O., Peled, D.A.: Model Checking. MIT Press, 2000.
• Khedker, U., Sanyal, A., Sathe, B.: Data Flow Analysis: Theory and Practice, CRC Press, 2009.

1. Přehled existujících metod analýzy a verifikace programů s formálními základy, jejich možnosti, výhody a nevýhody.
2. Model checking: základní principy, specifikace ověřovaných vlastností, temporální logiky.
3. LTL model checking s využitím automatů.
4. Problém stavové exploze a jeho řešení, efektivní ukládání stavových prostorů, binární rozhodovací diagramy.
5. Redukce stavových prostorů, zejména redukce na základě částečného uspořádání akcí.
6. Automatizovaná abstrakce, a to zejména predikátová abstrakce, Craigovy interpolanty.
7. Symbolická exekuce.
8. Deduktivní verifikace.
9. Řešení SAT a SMT problémů.
10. Statická analýza založená na analýze toku dat, ukazatelové analýzy.
11. Statická analýza založená na omezeních, typová analýza.
12. Abstraktní interpretace.
13. Dynamická analýza s formálními základy, algoritmy jako FastTrack, dynamická redukce na základě částečného uspořádání.

Diskuse v rámci přednášek, kontrola zpracování tématické práce.

Přednášky a zpracování projektu.