論文の概要: Augmenting Interpolation-Based Model Checking with Auxiliary Invariants (Extended Version)

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.07821v1
• Date: Tue, 12 Mar 2024 17:02:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-13 20:31:55.206487
• Title: Augmenting Interpolation-Based Model Checking with Auxiliary Invariants (Extended Version)
• Title（参考訳）: 補助不変量を用いた補間モデル検査の拡張(拡張版)
• Authors: Dirk Beyer, Po-Chun Chien, and Nian-Ze Lee
• Abstract要約: モデル検査に外部不変量を注入する拡張型検証アルゴリズムを提案する。 インジェクション不変により安全性の証明に必要なクエリ数が削減され,実行時の効率が向上することがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.309079367183251
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Software model checking is a challenging problem, and generating relevant invariants is a key factor in proving the safety properties of a program. Program invariants can be obtained by various approaches, including lightweight procedures based on data-flow analysis and intensive techniques using Craig interpolation. Although data-flow analysis runs efficiently, it often produces invariants that are too weak to prove the properties. By contrast, interpolation-based approaches build strong invariants from interpolants, but they might not scale well due to expensive interpolation procedures. Invariants can also be injected into model-checking algorithms to assist the analysis. Invariant injection has been studied for many well-known approaches, including k-induction, predicate abstraction, and symbolic execution. We propose an augmented interpolation-based verification algorithm that injects external invariants into interpolation-based model checking (McMillan, 2003), a hardware model-checking algorithm recently adopted for software verification. The auxiliary invariants help prune unreachable states in Craig interpolants and confine the analysis to the reachable parts of a program. We implemented the proposed technique in the verification framework CPAchecker and evaluated it against mature SMT-based methods in CPAchecker as well as other state-of-the-art software verifiers. We found that injecting invariants reduces the number of interpolation queries needed to prove safety properties and improves the run-time efficiency. Consequently, the proposed invariant-injection approach verified difficult tasks that none of its plain version (i.e., without invariants), the invariant generator, or any compared tools could solve.
• Abstract（参考訳）: ソフトウェアモデルチェックは難しい問題であり、関連する不変量を生成することは、プログラムの安全性を証明する上で重要な要素である。 プログラム不変量は、データフロー解析に基づく軽量な手順やcraig補間を用いた集中的な手法など、様々なアプローチによって得られる。 データフロー解析は効率的に実行されるが、しばしば特性を証明するには弱すぎる不変量を生成する。 対照的に、補間ベースのアプローチは補間体から強い不変量を構築するが、高価な補間手順のためにスケールしない可能性がある。 不変量はモデルチェックアルゴリズムに注入して解析を支援することもできる。 不変インジェクションは、k-インダクション、述語抽象、シンボリック実行など、多くのよく知られたアプローチで研究されている。 ソフトウェア検証に最近採用されたハードウェアモデル検査アルゴリズムである補間モデル検査(McMillan, 2003)に外部不変量を注入する補間モデル検証アルゴリズムを提案する。 補助不変量はクレイグ補間における到達不能な状態の探索を助け、解析をプログラムの到達可能な部分に限定する。 提案手法を検証フレームワーク CPAchecker に実装し,CPAchecker の成熟した SMT ベースの手法や,その他の最先端のソフトウェア検証手法と比較した。 インジェクション不変性は安全性の証明に必要な補間クエリ数を減らし,実行時の効率を向上することがわかった。 その結果、提案された不変インジェクションアプローチは、通常のバージョン(つまり不変でない)、不変生成子、あるいは比較ツールが解決できない難しいタスクを検証した。

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