16、使用PVS验证滑动窗口协议

使用PVS验证滑动窗口协议

1. 引言

在形式验证领域，演绎技术和工具是验证硬件和软件系统属性的通用且强大的方法。然而，许多从业者和研究人员因认为演绎方法困难、耗时且需要高级理论知识而犹豫使用。本文旨在倡导演绎技术的使用，通过一个无限状态滑动窗口协议的案例研究，展示演绎验证虽非完全自动，但可通过特定方法、策略和自动程序系统地进行，减少人工干预。

2. 相关工作

• 滑动窗口协议 ：属于数据链路层，主要功能是在发送方和接收方之间按正确顺序传递消息，通过流水线原理提高传输效率。发送方在窗口内有未确认消息时可继续发送，接收方会存储未按顺序到达但在窗口范围内的消息。
• 演绎方法 ：通常验证协议的无限状态规范，早期工作如仅验证安全属性需大量不变式，或验证包含实时方面的安全和活性属性时自动化程度低。
• 算法方法 ：通常验证协议的有限状态实例，如通过暴力模型检查验证小窗口和通道大小的安全属性，或使用特定等价关系处理较大窗口大小并证明安全和活性属性。
• 本文工作 ：验证接近编程语言的协议操作描述，具有参数化窗口大小和无界通信通道，强调通用性、自动化和紧凑性，验证安全和活性属性。

3. PVS与扩展自动机

• PVS系统 ：由输入语言、类型检查器和交互式证明器组成。输入语言是具有丰富类型系统的高阶逻辑，类型检查虽不可判定，但会生成证明义务，多数可自动解决。PVS证明