Архитектура формально-верифицированной системы распределенного реестра InnoChain

In this paper we consider the software architecture of InnoChain, a distributed ledger system (DLS) with 5 levels of formal verification, including a formally-verified underlying operating system (OS). The objective of this architecture is to achieve a higher level of DLS dependability compared to more traditional software architectures and quality assurance (QA) methods. The architecture of InnoChain includes (1) a programming language for smart contracts which is a domain-specific language with formal semantics embedded into CakeML, which is a functional language ofthe ML family; this allows us to carry out formal verification of smart contracts' correctness properties using higher-order logic systems, such as HOL4; (2) trusted compilation of smart contracts into the machine code using the verified compiler available for CakeML, rather than relying on a virtual machine for execution of smart contracts; (3) using CakeML for implementation of InnoChain node functionality which allows for formal verification of code correctness and trusted compilation into the machine code; (4) formal verification of the consensus protocol used InnoChain, namely HotStuff BFT; (5) using seL4, a formally-verified microkernel, as the underlying OS for InnoChain instead of more traditional general-purpose OSes such as Linux. The proposed verified architecture will allow InnoChain to be used in mission-critical applications, such as the decentralized Aircraft Fuelling Control System which is currently under development for JSC Aeroflot, the Russian national air carrier.В настоящей работе рассматривается архитектура системы распределенного реестра (СРР) InnoChain. Основной целью этой архитектуры является реализуемость 5-ти уровней формальной верификации программного обеспечения (ПО) системы InnoChain, включая операционное окружение. Методы формальной верификации являются основными методами обеспечения качества ПО с критическими требованиями по надежности, но до сих пор онине находилиширокого применения в СРР. Архитектура InnoChain включает (1) предметно-ориентированный язык смарт-контрактов с формальной семантикой, встроенный в функциональный язык CakeML (диалект языка ML), что позволяет осуществлять формальную верификацию свойств корректности смарт-контрактов в системах логики высших порядков (например, HOL4); (2) верифицированную трансляцию смарт-контрактов в машинный код с использованием компилятора CakeML вместо использования виртуальных машин для исполнения смарт-контрактов; (3) реализацию функционала узла СРР также на CakeML с формальной верификацией свойств корректности и с верифицированной трансляцией исходного кода узла в машинный код; (4) формальную верификацию протокола консенсуса СРР (HotStuff BFT); (5) использование формально-верифицированного микроядра seL4 в качестве операционного окружения СРР вместо операционных систем общего назначения. Предлагаемая архитектура открывает возможности для использования СРР InnoChain в критических по надежности приложениях, в частности, в системе управления заправкой воздушных судов ПАО Аэрофлот

Architecture of the Formally-Verified Distributed Ledger System InnoChain

In this paper we consider the software architecture of InnoChain, a distributed ledger system (DLS) with 5 levels of formal verification, including a formally-verified underlying operating system (OS). The objective of this architecture is to achieve a higher level of DLS dependability compared to more traditional software architectures and quality assurance (QA) methods. The architecture of InnoChain includes (1) a programming language for smart contracts which is a domain-specific language with formal semantics embedded into CakeML, which is a functional language ofthe ML family; this allows us to carry out formal verification of smart contracts' correctness properties using higher-order logic systems, such as HOL4; (2) trusted compilation of smart contracts into the machine code using the verified compiler available for CakeML, rather than relying on a virtual machine for execution of smart contracts; (3) using CakeML for implementation of InnoChain node functionality which allows for formal verification of code correctness and trusted compilation into the machine code; (4) formal verification of the consensus protocol used InnoChain, namely HotStuff BFT; (5) using seL4, a formally-verified microkernel, as the underlying OS for InnoChain instead of more traditional general-purpose OSes such as Linux. The proposed verified architecture will allow InnoChain to be used in mission-critical applications, such as the decentralized Aircraft Fuelling Control System which is currently under development for JSC Aeroflot, the Russian national air carrier