Jahresbericht informatik 2009 - KIT – Fakultät für Informatik

Die Institute der Fakultät und ihre Forschungsvorhaben
Institut für Theoretische Informatik
Leiter: Prof. Dr. P. H. Schmitt
Sekretärin: L. Beckert
Akadem. Mitarbeiter: C. Engel (F), D. Farago (ab 01.09.2009),
M. Ulbrich, B. Weiß (F), F. Werner
(F, bis 31.12.2009)
EU-Projekt DIANA: Formale Methoden und Echtzeit-Java
(C. Engel)
Im Rahmen des KeY- und DIANA-Projekts wurden die in den vorigen Jahren begonnenen
Forschungsarbeiten fortgesetzt. Im Mittelpunkt stand die Entwicklung von Ansätzen zur
formalen Verifikation sicherheitskritischer Echtzeit-Javaprogramme. So wurde ein
Verfahren zur Design-by-Contract-basierten Spezifikation und Verifikation des
Speicherverbrauchs von Java-Programmen entwickelt und auf das Speichermodell verschiedener
Echtzeit-Javadialekte angepasst. Ein weiteres Thema war das Sicherstellen von
Nichtinterferenz von RTSJ-Programmen (Real-Time Specification for Java).
Weiterhin wurden Byzantinische Protokolle für den Einsatz bei der verteilten Ermittlung
des Korrektheitszustandes (health state) von Systemkonfigurationen untersucht. Das als
Endergebnis dieser Untersuchungen erarbeitete Protokoll wurde in den DIANA
Demonstrator integriert.
Modulare Java-Verifikation
(B. Weiß)
Dieses Forschungsvorhaben ist ein Teil des KeY-Projekts zur deduktiven Verifikation von
Java-Programmen. Ein grundlegendes Ziel bei der Java-Verifikation ist Modularität, in dem
Sinne, dass einzelne Programmteile (z.B. Methoden) unabhängig von ihrem Kontext spezifiziert
und verifiziert werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, verwendet man in
öffentlichen Spezifikationen nicht die internen Datenstrukturen des spezifizierten
Programmteils, sondern führt so genannte abstrakte Variablen ein, die nur auf
Spezifikationsebene existieren, und deren Beziehung zu den konkreten
Datenstrukturen ein Implementierungsgeheimnis bleibt.
Das Konzept der abstrakten Variablen ist zwar im Prinzip seit den 1970er Jahren
bekannt, aber im Detail mit einigen Schwierigkeiten verbunden, deren Lösung bis heute
Forschungsgegenstand ist. Interessant ist insbesondere das Zusammenspiel von abstrakten
Variablen mit Aussagen über jene Speicherstellen, die von einem Programmteil geändert
bzw. gelesen werden dürfen. Ein aktueller Lösungsansatz ist die Verwendung spezieller
abstrakter Variablen, die selbst für Mengen von Speicherstellen stehen (sog. "Dynamic
Frames").
Im Berichtszeitraum wurde eine Variante der Java-Spezifikationssprache JML definiert,
166
Forschungsbereich
Logik und Formale
Methoden