基于一阶迁移系统的限界模型检测工具实现

１１８２０１０．３１（１）计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ

?软件与算法?

基于一阶迁移系统的限界模型检测工具实现

冯庆奎啦

（１．中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室，北京１００１９０；２．中国科学院研究生院，北京１０００４９）

摘要：为了简化在限界模型检测过程中模型的建立过程，给出了一种采用基于一阶迁移系统语言的模型建立方法，并在此一阶迁移系统语言中加入了通道的功能，增强了描述能力．然后在此基础上完成了一个以基于插值和ｋ步归纳的限界验证算法为核心的模型检测工具（ＢＭＣＦ），最后利用该工具对常见的互斥协议，简单数据传输协议的性质进行了分析与验证．结果表明，利用该工具对系统进行建模具有方便直观的特点，并借助实现的验证算法能高效的检验性质的正确性，如果性质不成立工具还会给出反例提示。

关键词：限界模型检测；一阶迁移系统；通道；验证算法；协议分析

中图法分类号：１１＇３０１．２文献标识码：Ａ文章编号：１０００．７０２４（２０１０）０１．０１１８．０４

Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｂｏｕｎｄｅｄｍｏｄｅｌｃｈｅｃｋｅｒｂａｓｅｄｏｎｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

ＦＥＮＧＱｉｎｇ—ｋｕｉｌ工

（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏｕｎｄｅｄｍｏｄｅｌｃｈｅｃｋｉｎｇ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇｂａｓｅｄＯｉｌｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｃｈａｎｎｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓａｄｄｅｄｆｏｒｅｎｌｍｎｃｍｇｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ．Ａｂｏｕｎｄｅｄｍｏｄｅｌｃｈｅｃｋｅｒｂａｓｅｄｏｎｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｔｒａｎ—ｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｌａｎｇｕａｇｅａｓｉｎｐｕｔｌａｎｇｕａｇｅ，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｎｄｋ－ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ私ｃｏｒｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ（ＢＭＣＦ）ｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ，ｆｉｎａｌｌｙ，

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｕｎｄｅｄｍｏｄｅｌｃｈｅｃｋｉｎｇ；ｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｃｈａｎｎｅｌ；ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｐｒｏｔｏｃｏｌａｎａｌｙｓｉｓ

０引言

模型检测Ⅲ作为形式化验证方法中的一种，相对于其它方法，具有自动化程度高，带有反例提示等特点，受到广大国内外研究人员的关注，并已经应用于各种反应式系统和并发系统的性质验证过程中。模型检测从２０世纪８０年代初被提出到目前共经历了３个发展阶段，第１阶段是基于搜索可达状态空间的显式模型检测，第２阶段是基于ＯＢＤＤⅢ的符号化模型检测捌，第３阶段是基于ＳＡＴ技术的限界模型检测Ⅲ。限界模型榆测方法因具有快速查错，反例最小化等特点而受到广泛的重视，出现了很多著名的验证工具，如ＮｕＳＭＶ１５１，ＶＩＳ，ＢＭＣ等。因而目前对于限界模型检测的研究与工具的设计具有重要的意义。在进行限界模型检测的建模过程中，不同的工具采用了自定义的建模语言，如经典的工具ＳＰＩＮ采用的建模语言是Ｐｒｏｍｅｌａ语言，ＮｕＳＭＶ采用的是自定义的ＮｕＳＭＶ语言。随着验证系统规模的不断增大，建模语言的特点将会直接影响到建模的效率。通过实验观察发现，如果采用Ｎｕ．ＳＭＶ语言去描述网络通信协议系统会显得比较复杂和耗时，而用Ｐｒｏｍｅｌａ语言描述起来会相对简单，但是目前ＳＰＩＮ还不支持一些高效的限界模型检测算法。因此为了解决这个问题，本文实现了一个采用带通道功能的一阶迁移系统语言为建模语言的限界模型检测工具ＢＭＣＦ。一阶迁移系统语言相比于同类工具的建模语言显得简洁直观，同时为了能对网络协议等进程间需要消息传递的并发系统进行描述，又增加了通道的功能。ＢＭＣＦ采用基于ＳＡＴ技术的限界模型检测算法作为系统验证的主要算法，实现了基于插值Ⅲ和归纳”１的高效限界模型检测算法。

ｌ限界模型检测方法

模型检测问题可定义为给定一个有限状态模型肘和性质Ｐ，应用模型检测算法检验Ｍ是否满足性质Ｐ。一般不直接验证Ｐ，而将Ｐ取反，记做，如果Ｍ满足＾则说明找到一个反例。

通常模型肘用Ｋｒｉｐｋｅ结构来表示，Ｋｒｉｐｋｅ结构的定义如下：ＡＰ为原子命题的集合，舯上的一个Ｋｒｉｐｋｅ结构Ｍ＝晦‘正三），其中：

（１）Ｓ是一有限状态集合；

（２）Ｉｃ＿Ｓ是初始状态集合：

（３）Ｔ￡ＳｘＳ是迁移关系集合，且符合完全关系，即对于每

收稿日期：２００９．０３．０１；修订日期：２００９－０５．１０。

作者简介：冯庆奎（１９８３－－），男，天津人，硕士，研究方向为形式化方法。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｑｉｎｇｋｕｉ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ＣＯＳ万方数据