Hypernode Automata

We introduce hypernode automata as a new specification formalism for hyperproperties of concurrent systems. They are finite automata with nodes labeled with hypernode logic formulas and transitions labeled with actions. A hypernode logic formula specifies relations between sequences of variable values in different system executions. Unlike HyperLTL, hypernode logic takes an asynchronous view on execution traces by constraining the values and the order of value changes of each variable without correlating the timing of the changes. Different execution traces are synchronized solely through the transitions of hypernode automata. Hypernode automata naturally combine asynchronicity at the node level with synchronicity at the transition level. We show that the model-checking problem for hypernode automata is decidable over action-labeled Kripke structures, whose actions induce transitions of the specification automata. For this reason, hypernode automaton is a suitable formalism for specifying and verifying asynchronous hyperproperties, such as declassifying observational determinism in multi-threaded programs

Slicing of Concurrent Programs and its Application to Information Flow Control

This thesis presents a practical technique for information flow control for concurrent programs with threads and shared-memory communication. The technique guarantees confidentiality of information with respect to a reasonable attacker model and utilizes program dependence graphs (PDGs), a language-independent representation of information flow in a program

FOAL 2004 Proceedings: Foundations of Aspect-Oriented Languages Workshop at AOSD 2004

Aspect-oriented programming is a paradigm in software engineering and FOAL logos courtesy of Luca Cardelli programming languages that promises better support for separation of concerns. The third Foundations of Aspect-Oriented Languages (FOAL) workshop was held at the Third International Conference on Aspect-Oriented Software Development in Lancaster, UK, on March 23, 2004. This workshop was designed to be a forum for research in formal foundations of aspect-oriented programming languages. The call for papers announced the areas of interest for FOAL as including, but not limited to: semantics of aspect-oriented languages, specification and verification for such languages, type systems, static analysis, theory of testing, theory of aspect composition, and theory of aspect translation (compilation) and rewriting. The call for papers welcomed all theoretical and foundational studies of foundations of aspect-oriented languages. The goals of this FOAL workshop were to: � Make progress on the foundations of aspect-oriented programming languages. � Exchange ideas about semantics and formal methods for aspect-oriented programming languages. � Foster interest within the programming language theory and types communities in aspect-oriented programming languages. � Foster interest within the formal methods community in aspect-oriented programming and the problems of reasoning about aspect-oriented programs. The papers at the workshop, which are included in the proceedings, were selected frompapers submitted by researchers worldwide. Due to time limitations at the workshop, not all of the submitted papers were selected for presentation. FOAL also welcomed an invited talk by James Riely (DePaul University), the abstract of which is included below. The workshop was organized by Gary T. Leavens (Iowa State University), Ralf L?ammel (CWI and Vrije Universiteit, Amsterdam), and Curtis Clifton (Iowa State University). The program committee was chaired by L?ammel and included L?ammel, Leavens, Clifton, Lodewijk Bergmans (University of Twente), John Tang Boyland (University of Wisconsin, Milwaukee), William R. Cook (University of Texas at Austin), Tzilla Elrad (Illinois Institute of Technology), Kathleen Fisher (AT&T Labs�Research), Radha Jagadeesan (DePaul University), Shmuel Katz (Technion�Israel Institute of Technology), Shriram Krishnamurthi (Brown University), Mira Mezini (Darmstadt University of Technology), Todd Millstein (University of California, Los Angeles), Benjamin C. Pierce (University of Pennsylvania), Henny Sipma (Stanford University), Mario S?udholt ( ?Ecole des Mines de Nantes), and David Walker (Princeton University). We thank the organizers of AOSD 2004 for hosting the workshop

Programmiersprachen und Rechenkonzepte

Seit 1984 veranstaltet die GI--Fachgruppe "Programmiersprachen und Rechenkonzepte" regelmäßig im Frühjahr einen Workshop im Physikzentrum Bad Honnef. Das Treffen dient in erster Linie dem gegenseitigen Kennenlernen, dem Erfahrungsaustausch, der Diskussion und der Vertiefung gegenseitiger Kontakte

Information Flow Control with System Dependence Graphs - Improving Modularity, Scalability and Precision for Object Oriented Languages

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Gebiet der statischen Programmanalyse — insbesondere betrachten wir Analysen, deren Ziel es ist, bestimmte Sicherheitseigenschaften, wie etwa Integrität und Vertraulichkeit, für Programme zu garantieren. Hierfür verwenden wir sogenannte Abhängigkeitsgraphen, welche das potentielle Verhalten des Programms sowie den Informationsfluss zwischen einzelnen Programmpunkten abbilden. Mit Hilfe dieser Technik können wir sicherstellen, dass z.B. ein Programm keinerlei Information über ein geheimes Passwort preisgibt. Im Speziellen liegt der Fokus dieser Arbeit auf Techniken, die das Erstellen des Abhängigkeitsgraphen verbessern, da dieser die Grundlage für viele weiterführende Sicherheitsanalysen bildet. Die vorgestellten Algorithmen und Verbesserungen wurden in unser Analysetool Joana integriert und als Open-Source öffentlich verfügbar gemacht. Zahlreiche Kooperationen und Veröffentlichungen belegen, dass die Verbesserungen an Joana auch in der Forschungspraxis relevant sind. Diese Arbeit besteht im Wesentlichen aus drei Teilen. Teil 1 befasst sich mit Verbesserungen bei der Berechnung des Abhängigkeitsgraphen, Teil 2 stellt einen neuen Ansatz zur Analyse von unvollständigen Programmen vor und Teil 3 zeigt aktuelle Verwendungsmöglichkeiten von Joana an konkreten Beispielen. Im ersten Teil gehen wir detailliert auf die Algorithmen zum Erstellen eines Abhängigkeitsgraphen ein, dabei legen wir besonderes Augenmerk auf die Probleme und Herausforderung bei der Analyse von Objektorientierten Sprachen wie Java. So stellen wir z.B. eine Analyse vor, die den durch Exceptions ausgelösten Kontrollfluss präzise behandeln kann. Hauptsächlich befassen wir uns mit der Modellierung von Seiteneffekten, die bei der Kommunikation über Methodengrenzen hinweg entstehen können. Bei Abhängigkeitsgraphen werden Seiteneffekte, also Speicherstellen, die von einer Methode gelesen oder verändert werden, in Form von zusätzlichen Knoten dargestellt. Dabei zeigen wir, dass die Art und Weise der Darstellung, das sogenannte Parametermodel, enormen Einfluss sowohl auf die Präzision als auch auf die Laufzeit der gesamten Analyse hat. Wir erklären die Schwächen des alten Parametermodels, das auf Objektbäumen basiert, und präsentieren unsere Verbesserungen in Form eines neuen Modells mit Objektgraphen. Durch das gezielte Zusammenfassen von redundanten Informationen können wir die Anzahl der berechneten Parameterknoten deutlich reduzieren und zudem beschleunigen, ohne dabei die Präzision des resultierenden Abhängigkeitsgraphen zu verschlechtern. Bereits bei kleineren Programmen im Bereich von wenigen tausend Codezeilen erreichen wir eine im Schnitt 8-fach bessere Laufzeit — während die Präzision des Ergebnisses in der Regel verbessert wird. Bei größeren Programmen ist der Unterschied sogar noch deutlicher, was dazu führt, dass einige unserer Testfälle und alle von uns getesteten Programme ab einer Größe von 20000 Codezeilen nur noch mit Objektgraphen berechenbar sind. Dank dieser Verbesserungen kann Joana mit erhöhter Präzision und bei wesentlich größeren Programmen eingesetzt werden. Im zweiten Teil befassen wir uns mit dem Problem, dass bisherige, auf Abhängigkeitsgraphen basierende Sicherheitsanalysen nur vollständige Programme analysieren konnten. So war es z.B. unmöglich, Bibliothekscode ohne Kenntnis aller Verwendungsstellen zu betrachten oder vorzuverarbeiten. Wir entdeckten bei der bestehenden Analyse eine Monotonie-Eigenschaft, welche es uns erlaubt, Analyseergebnisse von Programmteilen auf beliebige Verwendungsstellen zu übertragen. So lassen sich zum einen Programmteile vorverarbeiten und zum anderen auch generelle Aussagen über die Sicherheitseigenschaften von Programmteilen treffen, ohne deren konkrete Verwendungsstellen zu kennen. Wir definieren die Monotonie-Eigenschaft im Detail und skizzieren einen Beweis für deren Korrektheit. Darauf aufbauend entwickeln wir eine Methode zur Vorverarbeitung von Programmteilen, die es uns ermöglicht, modulare Abhängigkeitsgraphen zu erstellen. Diese Graphen können zu einem späteren Zeitpunkt der jeweiligen Verwendungsstelle angepasst werden. Da die präzise Erstellung eines modularen Abhängigkeitsgraphen sehr aufwendig werden kann, entwickeln wir einen Algorithmus basierend auf sogenannten Zugriffspfaden, der die Skalierbarkeit verbessert. Zuletzt skizzieren wir einen Beweis, der zeigt, dass dieser Algorithmus tatsächlich immer eine konservative Approximation des modularen Graphen berechnet und deshalb die Ergebnisse darauf aufbauender Sicherheitsanalysen weiterhin gültig sind. Im dritten Teil präsentieren wir einige erfolgreiche Anwendungen von Joana, die im Rahmen einer Kooperation mit Ralf Küsters von der Universität Trier entstanden sind. Hier erklären wir zum einen, wie man unser Sicherheitswerkzeug Joana generell verwenden kann. Zum anderen zeigen wir, wie in Kombination mit weiteren Werkzeugen und Techniken kryptographische Sicherheit für ein Programm garantiert werden kann - eine Aufgabe, die bisher für auf Informationsfluss basierende Analysen nicht möglich war. In diesen Anwendungen wird insbesondere deutlich, wie die im Rahmen dieser Arbeit vereinfachte Bedienung die Verwendung von Joana erleichtert und unsere Verbesserungen der Präzision des Ergebnisses die erfolgreiche Analyse erst ermöglichen

Formal methods and tools for the development of distributed and real time systems : Esprit Project 3096 (SPEC)

The Basic Research Action No. 3096, Formal Methods snd Tools for the Development of Distributed and Real Time Systems, is funded in the Area of Computer Science, under the ESPRIT Programme of the European Community. The coordinating institution is the Department of Computing Science, Eindhoven University of Technology, and the participating Institutions are the Institute of Computer Science of Crete. the Swedish Institute of Computer Science, the Programmimg Research Group of the University of Oxford, and the Computer Science Departments of the University of Manchester, Imperial College. Weizmann Institute of Science, Eindhoven University of Technology, IMAG Grenoble. Catholic University of Nijmegen, and the University of Liege. This document contains the synopsis. and part of the sections on objectives and area of advance, on baseline and rationale, on research goals, and on organisation of the action, as contained in the original proposal, submitted June, 198S. The section on the state of the art (18 pages) and the full list of references (21 pages) of the original proposal have been deleted because of limitation of available space

Using formal methods to support testing

Formal methods and testing are two important approaches that assist in the development of high quality software. While traditionally these approaches have been seen as rivals, in recent years a new consensus has developed in which they are seen as complementary. This article reviews the state of the art regarding ways in which the presence of a formal specification can be used to assist testing