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Isabelle Praktikum Spezifikation und Verifikation

Prof. Tobias Nipkow
Steven Obua

Fragen Sie sich auch immer wieder, ob Ihr Programm wirklich funktioniert?
Wollten Sie schon immer verstehen, was Ihr Programm eigentlich macht?

Dann sind Sie hier richtig!

 

Zeit:
Mittwoch, 16:00-18:00
Ort:
am 13. 4. im Raum Alonzo Church (01.09.014)
vom 20. 4. ab im Raum Konrad Zuse (01.11.018)
Beginn:
Mittwoch, 13. 4. 2005
Anmeldung:
Die Anmeldung ist abgeschlossen, es sind keine Plätze mehr frei.
Zuordnung:
Das Praktikum zählt zum Bereich Theoretische Informatik.

 

Voraussetzungen

Wir suchen Studierende mit Grundkenntnissen in und Interesse an

So sollten Sie z.B. ein rekursives funktionales Programm schreiben können, das die natürlichen Zahlen 1, ..., n aufsummiert. Der Begriff der vollständigen Induktion sollte kein Fremdwort sein, und der Beweis, daß der von obigem Algorithmus berechnete Wert gleich n(n+1)/2 ist, keine fundamentalen Schwierigkeiten bereiten.


Motivation und Inhalt

Die Korrektheit von sicherheitskritischen Hard- und Softwaresystemen zu gewährleisten, ist immer noch ein ernstes Problem. Die zentralen Ziele dieses Praktikums sind das Erlernen

Konkret werden einige Anwendungsbeispiele behandelt, wobei wir aus Zeitgründen von vielen Details abstrahieren. Vorgesehen sind u.a.

An jedem dieser Beispiele werden spezifische Modellierungs- und Beweistechniken geübt. Die Spezifikation und Verifikation erfolgt in Isabelle/HOL.

In einer das Praktikum speziell begleitenden Vorlesungsreihe werden die Grundlagen zu Isabelle/HOL vermittelt:

HOL
ist - in erster Näherung - die Anreicherung einer polymorphen funktionalen Programmiersprache um logische Konzepte wie Quantoren und Mengen. HOL ist damit eine ideale Sprache zur Beschreibung funktionaler Programme.
Isabelle
ist ein generischer Theorembeweiser. Eine Ausprägung, Isabelle/HOL, unterstützt Spezifikation und Verifikation in HOL. Im Praktikum werden verschiedene Beweisverfahren (Termersetzung, Induktion, etc.) vorgestellt und ihre Funktion innerhalb des Beweisprozesses erläutert.


Durchführung / Gruppeneinteilung

In der ersten Hälfte des Semesters findet eine Vorlesung statt, in der die nötigen Isabelle/HOL Kenntnisse vermittelt werden. Die Aufgaben sind jeweils innerhalb von 1-3 Wochen zu bearbeiten und bei der Praktikumsleitung zu präsentieren (Termin nach Vereinbarung). Die Bearbeitung erfolgt in Gruppen von je 2-3 Personen.

Als Arbeitsumgebung stehen die am Lehrstuhl üblichen Sparc/Solaris und x86/Linux Plattformen zur Verfügung.

Philipp Torka (torka), Anastasia Rozhkova (rojkova), Benjamin Schimmer (schimmer) Stefan Berghofer
David Leuschner (leuschne), Vadym Alyokhin (alyokhin) Amine Chaieb
Florian Hauer (hauerf), Hans Beyer (beyerh), Timo Terletzki (terletzk) Steven Obua
Herve Amikem-Chemeza (amikemch), Johannes Tiefenthaler (tiefenth), Cornelia Bunk (bunkc) Tjark Weber
Thomas Spanner (spanner), Markus Maier (maier), Martin Klebermass (kleberma) Martin Wildmoser


Arbeitsunterlagen und Aufgaben

Dokumentation

Aufgaben


Aktuelle Hinweise

(1) Rechnerbenutzung

Sie erhalten von der Praktikumsleitung eine Kennung auf den Unix Systemen des Lehrstuhls Broy (Link funktioniert nur von den Lehrstuhlrechnern aus). Der entsprechende Rechnerraum ist 01.11.034. Um in den Rechnerraum hineinzugelangen benötigen Sie eine Chipkarte, die Sie bei der Praktikumsleitung gegen 10 Euro Pfand bekommen können.

(2) Starten von Isabelle

Auf den sunbroy Rechnern läßt sich Isabelle (zusammen mit der Proof General Benutzeroberfläche) wie folgt starten:

        /usr/proj/isabelle/Isabelle/bin/Isabelle
      

Mit

        /usr/proj/isabelle/bin/isatool install -p ~/bin
      
kann man sich das Isabelle binary auch im eigenen ~/bin Verzeichnis installieren.

Unter KDE lässt sich ein Application Desktop-Objekt zum Anklicken erzeugen:

        /usr/proj/isabelle/bin/isatool install -k
      

Für zügiges Arbeiten mit Isabelle sollte man eine relativ robuste Maschine verwenden, am Lehrstuhl etwa die sunbroy60, sunbroy61 oder sunbroy1.

(3) Isabelle zuhause installieren

Sie können Isabelle recht einfach auf dem eigenen PC zuhause installieren. Isabelle sollte gut mit allen gängigen Linux-Distributionen zusammenarbeiten. Angenehmes Arbeiten ist ab ca. 128M Arbeitsspeicher und einer 500Mhz CPU möglich.

Hinweise zur Installation finden Sie hier (Isabelle 2004). Allerdings benutzen wir nicht die Isabelle 2004 Version, die dort heruntergeladen werden kann, sondern einen Vorläufer der Isabelle 2005 Version. Dies verkompliziert die Installation etwas, aber nicht viel:

(4) Hinweise für die abschließende Präsentation

Zum Abschluß des Praktikums findet eine Präsentation der letzten Aufgabe in Form eines 20- bis 25-minütigen Vortrags statt, an dem alle Teilnehmer einer Gruppe beteiligt sein sollten. Die Präsentation findet in Raum 1.11.018 statt.

Für den Vortrag steht Ihnen ein Beamer und Notebook zur Verfügung, Sie können aber auch einen Tageslichtprojektor verwenden.


Literatur

  1. Tobias Nipkow, Lawrence Paulson, and Markus Wenzel Isabelle/HOL - The Tutorial, Springer Verlag, 2002.
  2. Tobias Nipkow Structured Proofs in Isar/HOL
  3. Markus Wenzel. The Isabelle/Isar Reference Manual, TU München, 2004.
  4. Lawrence C. Paulson. ML for the working programmer, Cambridge University Press, 1996.
  5. Daniel J. Velleman. How to Prove it: A Structural Approach, Cambridge University Press, 1996.

 
Steven Obua Last modified: Thu Jul 7 19:18:15 MEST 2005