Assertion level proof planning with compiled strategies

This book presents new techniques that allow the automatic verification and generation of abstract human-style proofs. The core of this approach builds an efficient calculus that works directly by applying definitions, theorems, and axioms, which reduces the size of the underlying proof object by a factor of ten. The calculus is extended by the deep inference paradigm which allows the application of inference rules at arbitrary depth inside logical expressions and provides new proofs that are exponentially shorter and not available in the sequent calculus without cut. In addition, a strategy language for abstract underspecified declarative proof patterns is developed. Together, the complementary methods provide a framework to automate declarative proofs. The benefits of the techniques are illustrated by practical applications.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, das Formalisieren von Beweisen zu vereinfachen, indem Methoden entwickelt werden, um informale Beweise formal zu verifizieren und erzeugen zu können. Dazu wird ein abstrakter Kalkül entwickelt, der direkt auf der Faktenebene arbeitet, welche von Menschen geführten Beweisen relativ nahe kommt. Anhand einer Fallstudie wird gezeigt, dass die abstrakte Beweisführung auf der Fakteneben vorteilhaft für automatische Suchverfahren ist. Zusätzlich wird eine Strategiesprache entwickelt, die es erlaubt, unterspezifizierte Beweismuster innerhalb des Beweisdokumentes zu spezifizieren und Beweisskizzen automatisch zu verfeinern. Fallstudien zeigen, dass komplexe Beweismuster kompakt in der entwickelten Strategiesprache spezifiziert werden können. Zusammen bilden die einander ergänzenden Methoden den Rahmen zur Automatisierung von deklarativen Beweisen auf der Faktenebene, die bisher überwiegend manuell entwickelt werden mussten

Assertion level proof planning with compiled strategies

This book presents new techniques that allow the automatic verification and generation of abstract human-style proofs. The core of this approach builds an efficient calculus that works directly by applying definitions, theorems, and axioms, which reduces the size of the underlying proof object by a factor of ten. The calculus is extended by the deep inference paradigm which allows the application of inference rules at arbitrary depth inside logical expressions and provides new proofs that are exponentially shorter and not available in the sequent calculus without cut. In addition, a strategy language for abstract underspecified declarative proof patterns is developed. Together, the complementary methods provide a framework to automate declarative proofs. The benefits of the techniques are illustrated by practical applications.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, das Formalisieren von Beweisen zu vereinfachen, indem Methoden entwickelt werden, um informale Beweise formal zu verifizieren und erzeugen zu können. Dazu wird ein abstrakter Kalkül entwickelt, der direkt auf der Faktenebene arbeitet, welche von Menschen geführten Beweisen relativ nahe kommt. Anhand einer Fallstudie wird gezeigt, dass die abstrakte Beweisführung auf der Fakteneben vorteilhaft für automatische Suchverfahren ist. Zusätzlich wird eine Strategiesprache entwickelt, die es erlaubt, unterspezifizierte Beweismuster innerhalb des Beweisdokumentes zu spezifizieren und Beweisskizzen automatisch zu verfeinern. Fallstudien zeigen, dass komplexe Beweismuster kompakt in der entwickelten Strategiesprache spezifiziert werden können. Zusammen bilden die einander ergänzenden Methoden den Rahmen zur Automatisierung von deklarativen Beweisen auf der Faktenebene, die bisher überwiegend manuell entwickelt werden mussten

Rewriting Logic Techniques for Program Analysis and Optimization

Esta tesis propone una metodología de análisis dinámico que mejora el diagnóstico de programas erróneos escritos en el lenguaje Maude. La idea clave es combinar técnicas de verificación de aserciones en tiempo de ejecución con la fragmentación dinámica de trazas de ejecución para detectar automáticamente errores en tiempo de ejecución, al tiempo que se reduce el tamaño y la complejidad de las trazas a analizar. En el caso de violarse una aserción, se infiere automáticamente el criterio de fragmentación, lo que facilita al usuario identificar rápidamente la fuente del error. En primer lugar, la tesis formaliza una técnica destinada a detectar automáticamente eventuales desviaciones del comportamiento deseado del programa (síntomas de error). Esta técnica soporta dos tipos de aserciones definidas por el usuario: aserciones funcionales (que restringen llamadas a funciones deterministas) y aserciones de sistema (que especifican los invariantes de estado del sistema). La técnica de verificación dinámica propuesta es demostrablemente correcta en el sentido de que todos los errores señalados definitivamente delatan la violación de las aserciones. Tras eventuales violaciones de aserciones, se generan automáticamente trazas fragmentadas (es decir, trazas simplificadas pero igualmente precisas) que ayudan a identificar la causa del error. Además, la técnica también sugiere una posible reparación para las reglas implicadas en la generación de los estados erróneos. La metodología propuesta se basa en (i) una notación lógica para especificar las aserciones que se imponen a la ejecución; (ii) una técnica de verificación aplicable en tiempo de ejecución que comprueba dinámicamente las aserciones; y (iii) un mecanismo basado en la generalización (ecuacional) menos general que automáticamente obtiene criterios precisos para fragmentar trazas de ejecución a partir de aserciones falsificadas. Por último, se presenta una implementación de la técnica propuesta en la herramienta de análisis dinámico basado en aserciones ABETS, que muestra cómo es posible combinar el trazado de las propiedades asertadas del programa para obtener un algoritmo preciso de análisis de trazas que resulta útil para el diagnóstico y la depuración de programas.This thesis proposes a dynamic analysis methodology for improving the diagnosis of erroneous Maude programs. The key idea is to combine runtime assertion checking and dynamic trace slicing for automatically catching errors at runtime while reducing the size and complexity of the erroneous traces to be analyzed (i.e., those leading to states that fail to satisfy the assertions). In the event of an assertion violation, the slicing criterion is automatically inferred, which facilitates the user to rapidly pinpoint the source of the error. First, a technique is formalized that aims at automatically detecting anomalous deviations of the intended program behavior (error symptoms) by using assertions that are checked at runtime. This technique supports two types of user-defined assertions: functional assertions (which constrain deterministic function calls) and system assertions (which specify system state invariants). The proposed dynamic checking is provably sound in the sense that all errors flagged definitely signal a violation of the specifications. Then, upon eventual assertion violations, accurate trace slices (i.e., simplified yet precise execution traces) are generated automatically, which help identify the cause of the error. Moreover, the technique also suggests a possible repair for the rules involved in the generation of the erroneous states. The proposed methodology is based on (i) a logical notation for specifying assertions that are imposed on execution runs; (ii) a runtime checking technique that dynamically tests the assertions; and (iii) a mechanism based on (equational) least general generalization that automatically derives accurate criteria for slicing from falsified assertions. Finally, an implementation of the proposed technique is presented in the assertion-based, dynamic analyzer ABETS, which shows how the forward and backward tracking of asserted program properties leads to a thorough trace analysis algorithm that can be used for program diagnosis and debugging.Esta tesi proposa una metodologia d'anàlisi dinàmica que millora el diagnòstic de programes erronis escrits en el llenguatge Maude. La idea clau és combinar tècniques de verificació d'assercions en temps d'execució amb la fragmentació dinàmica de traces d'execució per a detectar automàticament errors en temps d'execució, alhora que es reduïx la grandària i la complexitat de les traces a analitzar. En el cas de violar-se una asserció, s'inferix automàticament el criteri de fragmentació, la qual cosa facilita a l'usuari identificar ràpidament la font de l'error. En primer lloc, la tesi formalitza una tècnica destinada a detectar automàticament eventuals desviacions del comportament desitjat del programa (símptomes d'error). Esta tècnica suporta dos tipus d'assercions definides per l'usuari: assercions funcionals (que restringixen crides a funcions deterministes) i assercions de sistema (que especifiquen els invariants d'estat del sistema). La tècnica de verificació dinàmica proposta és demostrablement correcta en el sentit que tots els errors assenyalats definitivament delaten la violació de les assercions. Davant eventuals violacions d'assercions, es generen automàticament traces fragmentades (és a dir, traces simplificades però igualment precises) que ajuden a identificar la causa de l'error. A més, la tècnica també suggerix una possible reparació de les regles implicades en la generació dels estats erronis. La metodologia proposada es basa en (i) una notació lògica per a especificar les assercions que s'imposen a l'execució; (ii) una tècnica de verificació aplicable en temps d'execució que comprova dinàmicament les assercions; i (iii) un mecanisme basat en la generalització (ecuacional) menys general que automàticament obté criteris precisos per a fragmentar traces d'execució a partir d'assercions falsificades. Finalment, es presenta una implementació de la tècnica proposta en la ferramenta d'anàlisi dinàmica basat en assercions ABETS, que mostra com és possible combinar el traçat cap avant i cap arrere de les propietats assertades del programa per a obtindre un algoritme precís d'anàlisi de traces que resulta útil per al diagnòstic i la depuració de programes.Sapiña Sanchis, J. (2017). Rewriting Logic Techniques for Program Analysis and Optimization [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94044TESI

A formally verified compiler back-end

This article describes the development and formal verification (proof of semantic preservation) of a compiler back-end from Cminor (a simple imperative intermediate language) to PowerPC assembly code, using the Coq proof assistant both for programming the compiler and for proving its correctness. Such a verified compiler is useful in the context of formal methods applied to the certification of critical software: the verification of the compiler guarantees that the safety properties proved on the source code hold for the executable compiled code as well

Automated Reasoning

This volume, LNAI 13385, constitutes the refereed proceedings of the 11th International Joint Conference on Automated Reasoning, IJCAR 2022, held in Haifa, Israel, in August 2022. The 32 full research papers and 9 short papers presented together with two invited talks were carefully reviewed and selected from 85 submissions. The papers focus on the following topics: Satisfiability, SMT Solving,Arithmetic; Calculi and Orderings; Knowledge Representation and Jutsification; Choices, Invariance, Substitutions and Formalization; Modal Logics; Proofs System and Proofs Search; Evolution, Termination and Decision Prolems. This is an open access book

Automated Deduction – CADE 28

This open access book constitutes the proceeding of the 28th International Conference on Automated Deduction, CADE 28, held virtually in July 2021. The 29 full papers and 7 system descriptions presented together with 2 invited papers were carefully reviewed and selected from 76 submissions. CADE is the major forum for the presentation of research in all aspects of automated deduction, including foundations, applications, implementations, and practical experience. The papers are organized in the following topics: Logical foundations; theory and principles; implementation and application; ATP and AI; and system descriptions