Even shorter proofs without new variables

Proof formats for SAT solvers have diversified over the last decade, enabling new features such as extended resolution-like capabilities, very general extension-free rules, inclusion of proof hints, and pseudo-boolean reasoning. Interference-based methods have been proven effective, and some theoretical work has been undertaken to better explain their limits and semantics. In this work, we combine the subsumption redundancy notion from (Buss, Thapen 2019) and the overwrite logic framework from (Rebola-Pardo, Suda 2018). Natural generalizations then become apparent, enabling even shorter proofs of the pigeonhole principle (compared to those from (Heule, Kiesl, Biere 2017)) and smaller unsatisfiable core generation.Comment: 21 page

Parallel bug-finding in concurrent programs via reduced interleaving instances

Concurrency poses a major challenge for program verification, but it can also offer an opportunity to scale when subproblems can be analysed in parallel. We exploit this opportunity here and use a parametrizable code-to-code translation to generate a set of simpler program instances, each capturing a reduced set of the original program’s interleavings. These instances can then be checked independently in parallel. Our approach does not depend on the tool that is chosen for the final analysis, is compatible with weak memory models, and amplifies the effectiveness of existing tools, making them find bugs faster and with fewer resources. We use Lazy-CSeq as an off-the-shelf final verifier to demonstrate that our approach is able, already with a small number of cores, to find bugs in the hardest known concurrency benchmarks in a matter of minutes, whereas other dynamic and static tools fail to do so in hours

On the connection of probabilistic model checking, planning, and learning for system verification

This thesis presents approaches using techniques from the model checking, planning, and learning community to make systems more reliable and perspicuous. First, two heuristic search and dynamic programming algorithms are adapted to be able to check extremal reachability probabilities, expected accumulated rewards, and their bounded versions, on general Markov decision processes (MDPs). Thereby, the problem space originally solvable by these algorithms is enlarged considerably. Correctness and optimality proofs for the adapted algorithms are given, and in a comprehensive case study on established benchmarks it is shown that the implementation, called Modysh, is competitive with state-of-the-art model checkers and even outperforms them on very large state spaces. Second, Deep Statistical Model Checking (DSMC) is introduced, usable for quality assessment and learning pipeline analysis of systems incorporating trained decision-making agents, like neural networks (NNs). The idea of DSMC is to use statistical model checking to assess NNs resolving nondeterminism in systems modeled as MDPs. The versatility of DSMC is exemplified in a number of case studies on Racetrack, an MDP benchmark designed for this purpose, flexibly modeling the autonomous driving challenge. In a comprehensive scalability study it is demonstrated that DSMC is a lightweight technique tackling the complexity of NN analysis in combination with the state space explosion problem.Diese Arbeit präsentiert Ansätze, die Techniken aus dem Model Checking, Planning und Learning Bereich verwenden, um Systeme verlässlicher und klarer verständlich zu machen. Zuerst werden zwei Algorithmen für heuristische Suche und dynamisches Programmieren angepasst, um Extremwerte für Erreichbarkeitswahrscheinlichkeiten, Erwartungswerte für Kosten und beschränkte Varianten davon, auf generellen Markov Entscheidungsprozessen (MDPs) zu untersuchen. Damit wird der Problemraum, der ursprünglich mit diesen Algorithmen gelöst wurde, deutlich erweitert. Korrektheits- und Optimalitätsbeweise für die angepassten Algorithmen werden gegeben und in einer umfassenden Fallstudie wird gezeigt, dass die Implementierung, namens Modysh, konkurrenzfähig mit den modernsten Model Checkern ist und deren Leistung auf sehr großen Zustandsräumen sogar übertrifft. Als Zweites wird Deep Statistical Model Checking (DSMC) für die Qualitätsbewertung und Lernanalyse von Systemen mit integrierten trainierten Entscheidungsgenten, wie z.B. neuronalen Netzen (NN), eingeführt. Die Idee von DSMC ist es, statistisches Model Checking zur Bewertung von NNs zu nutzen, die Nichtdeterminismus in Systemen, die als MDPs modelliert sind, auflösen. Die Vielseitigkeit des Ansatzes wird in mehreren Fallbeispielen auf Racetrack gezeigt, einer MDP Benchmark, die zu diesem Zweck entwickelt wurde und die Herausforderung des autonomen Fahrens flexibel modelliert. In einer umfassenden Skalierbarkeitsstudie wird demonstriert, dass DSMC eine leichtgewichtige Technik ist, die die Komplexität der NN-Analyse in Kombination mit dem State Space Explosion Problem bewältigt