[发明专利]基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及运行时验证以及形式化验证领域，尤其涉及基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统。

背景技术

随着计算机科学技术的发展，越来越多的嵌入式系统渗入到人们的生活之中。嵌入式系统的安全关系到人们生活的方方面面，包括医疗、交通、教育等等。一旦这样的系统受到攻击，带来的损失可能是巨大的甚至是不可估量的。而微控制器是所有嵌入式系统的心脏，保障微控制器的安全对嵌入式系统安全来说至关重要。

传统的微控制器的特点是资源有限、指令集简单、处理事件单一。随着芯片技术的发展，现在的微控制器结构变得更为复杂，而且嵌入式系统也在逐渐地网络化，使得微控制器面临着更多的被攻击可能性。如何保障微控制器的安全、稳定运行是一个值得深入研究的问题。

另外，运行时验证技术是一种检查系统的运行情况，判定系统是否符合给定的属性或者规范的验证技术。形式化验证技术指的是采用形式化方法来对系统进行验证的技术，判定系统是否满足特定的形式规约。

目前，运行时验证技术往往用于软件系统的验证，例如中国发明专利申请号为201510181988.0的发明专利申请，公开了一种可动态部署规则的Java程序运行时验证系统，该系统运行于DiSL字节码注入框架之上，包括验证规则翻译器、部署管理器以及运行时引擎三个模块，所述验证规则翻译器用于将验证规则定义文件翻译成由事件注入代码和规则验证代码组合成验证代码，所述部署管理器用于提供部署验证代码的相关用户接口；所述运行时引擎用于根据接收的验证代码中事件注入代码产生的事件序列，为每个监控对象维护一个事件序列，验证事件注入代码产生的事件序列是否与规则验证代码的事件序列相同，并根据验证情况通过部署管理器对事件注入代码进行实时部署优化。

然而，现有技术中没有将运行时验证技术和形式化验证技术用于微控制器的验证系统。传统上来说，保障微控制器安全的做法是通过改善微控制器的设计、数据加密等等。目前的验证方法较为复杂，而且成本较高，无法实现实时验证。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，通过将微控制器所执行的事件序列转换成由一串变量名表示的事件序列字符串，将微控制器需要满足的性质用LTL公式进行描述，判断事件序列字符串是否满足给定的LTL公式，来实现微控制器的运行时验证。

具体的，本发明提出了一种基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，包括：

事件接收模块，用于实时接收并记录微控制器执行的每个事件；

事件预处理模块，用于对事件接收模块接收到的事件预处理，将事件转换成一个个独立的原子命题，然后为每个原子命题分配唯一的变量标识，建立上述变量标识与原子命题之间的一一映射，并输出事件序列字符串；

用户编辑模块，用于给用户提供编辑界面，以供用户编辑原子命题以及LTL公式；

LTL验证模块，用于验证所述微控制器执行所述事件序列字符串是否满足用户输入的LTL公式。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述事件接收模块为JTAG接口或者协处理器接口，其将记录的微控制器执行的每个事件保存到日志文件中。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述事件预处理模块还将所述原子命题添加到原子命题集当中。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述用户编辑模块包括原子命题集编辑单元和LTL公式编辑单元。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述原子命题集编辑单元显示一个原子命题集列表，用户可以通过编辑所述列表对原子命题集中的原子命题进行编辑，删除不合理或者无用的原子命题，也可以添加新的原子命题到原子命题集中。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述LTL公式编辑单元提供LTL公式编辑窗口，以供用户编写LTL公式。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述TLT公式编辑窗口设定LTL公式输入规则，可以自动屏蔽一些非法输入，同时可以对用户输入的LTL公式进行合法性检查，高亮出不合法的部分。

优选的，如上所述的基于时态逻辑的微控制器运行时验证系统，所述LTL验证模块将LTL公式编辑单元输出的LTL公式以及事件预处理模块输出的事件序列字符串作为输入，通过采用LTL验证算法来验证事件序列字符串是否满足上述LTL公式编辑单元输出的LTL公式，并将验证结果反馈给微控制器。