A formális ellenőrzés egy program vagy algoritmus ellenőrzése egy másikkal.
Ez az egyik leghatékonyabb módszer, amely lehetővé teszi a program összes sérülékenységének megtalálását, vagy annak bizonyítását, hogy azok nem léteznek.
A formai ellenőrzés részletesebb leírása a probléma megoldásának példáján látható előző cikkemben.
Ebben a cikkben a problémák formális ellenőrzéséről áttérek a programokra, és leírom, hogyan
hogyan alakíthatók át automatikusan formális szabályrendszerekké.
Ehhez megírtam egy virtuális gép saját analógját, szimbolikus elveket használva.
Feldolgozza a programkódot és lefordítja egyenletrendszerré (SMT), ami már programozottan is megoldható.
Mivel a szimbolikus számításokkal kapcsolatos információk meglehetősen töredékesen jelennek meg az interneten,
Röviden leírom, hogy mi az.
A szimbolikus számítás a program egyidejű végrehajtásának módja az adatok széles skáláján, és a formális programellenőrzés fő eszköze.
Például beállíthatunk olyan bemeneti feltételeket, ahol az első argumentum bármilyen pozitív értéket vehet fel, a második negatív, a harmadik nulla, a kimeneti argumentum pedig például 42.
A szimbolikus számítások egy menetben megadják a választ arra, hogy el tudjuk-e érni a kívánt eredményt, és egy példát az ilyen bemeneti paraméterek halmazára. Vagy annak bizonyítéka, hogy nincsenek ilyen paraméterek.
Sőt, a bemeneti argumentumokat az összes lehetségesre állíthatjuk, és csak a kimeneti argumentumokat választhatjuk ki, például a rendszergazdai jelszót.
Ebben az esetben megtaláljuk a program összes sebezhetőségét, vagy bizonyítékot kapunk arra, hogy a rendszergazda jelszava biztonságos.
Megjegyezhető, hogy egy program klasszikus végrehajtása meghatározott bemeneti adatokkal a szimbolikus végrehajtás speciális esete.
Ezért a karakteres virtuális gépem egy szabványos virtuális gép emulációs módjában is működhet.
Az előző cikkhez fűzött megjegyzésekben találunk méltányos kritikát a formális verifikációval kapcsolatban, annak gyengeségeinek megvitatásával.
A fő problémák a következők:
- Kombinatorikus robbanás, mivel a formális ellenőrzés végső soron P=NP
- A fájlrendszerre, hálózatokra és egyéb külső tárolókra irányuló hívások feldolgozása nehezebb ellenőrizni
- Hibák a specifikációban, amikor a megrendelő vagy a programozó szándékozott egy dolgot, de nem írta le elég pontosan a műszaki leírásban.
Ennek eredményeként a program ellenőrizve lesz, és megfelel a specifikációnak, de teljesen mást fog csinálni, mint amit az alkotók vártak tőle.
Mivel ebben a cikkben elsősorban a formális verifikáció gyakorlati alkalmazására gondolok, egyelőre nem verem a falba a fejem, hanem olyan rendszert választok, ahol minimális az algoritmus bonyolultsága és a külső hívások száma.
Mivel az intelligens szerződések felelnek meg legjobban ezeknek a követelményeknek, a választás a Waves platform RIDE-szerződéseire esett: ezek nem Turing-teljesek, és maximális összetettségük mesterségesen korlátozott.
De ezeket kizárólag a technikai oldalról fogjuk figyelembe venni.
Minden szerződésnél mindenekelőtt különösen igény lesz a formai ellenőrzésre: a szerződéskötési hibát általában nem lehet kijavítani annak elindítása után.
És az ilyen hibák költsége nagyon magas lehet, mivel gyakran meglehetősen nagy összegeket tárolnak az intelligens szerződésekben.
A szimbolikus virtuális gépem PHP és Python nyelven íródott, és a Microsoft Research Z3Prover-jét használja a kapott SMT-képletek megoldására.
Lényege egy erőteljes, több tranzakcióra kiterjedő keresés, amely
lehetővé teszi megoldások vagy sebezhetőségek keresését, még akkor is, ha sok tranzakciót igényel.
még , amely az egyik legerősebb szimbolikus keretrendszer az Ethereum sebezhetőségeinek feltárására, csak néhány hónapja adta hozzá ezt a képességet.
De érdemes megjegyezni, hogy az éterszerződések összetettebbek és a Turing teljesebbek.
A PHP a RIDE intelligens szerződés forráskódját python szkriptbe fordítja le, amelyben a program Z3 SMT-kompatibilis szerződési állapotok és azok átmeneti feltételeinek rendszereként jelenik meg:
Most részletesebben leírom, mi történik odabent.
De először néhány szó a RIDE intelligens szerződési nyelvről.
Ez egy funkcionális és kifejezés-alapú programozási nyelv, amely lusta kialakítású.
A RIDE elszigetelten fut a blokkláncon belül, és információkat tud lekérni és írni a felhasználó pénztárcájához kapcsolódó tárhelyről.
Minden pénztárcához csatolhat RIDE szerződést, és a végrehajtás eredménye csak IGAZ vagy HAMIS lesz.
Az IGAZ azt jelenti, hogy az intelligens szerződés lehetővé teszi a tranzakciót, a HAMIS pedig azt, hogy tiltja azt.
Egy egyszerű példa: egy szkript megtilthatja az átutalást, ha a pénztárca egyenlege kevesebb, mint 100.
Példaként ugyanazt a Farkast, Kecsket és Káposztát veszem, de már okos szerződés formájában bemutatva.
A felhasználó nem tud pénzt felvenni abból a pénztárcából, amelyre a szerződés vonatkozik, amíg mindenkit át nem küldött a másik oldalra.
#Извлекаем положение всех объектов из блокчейна
let contract = tx.sender
let human= extract(getInteger(contract,"human"))
let wolf= extract(getInteger(contract,"wolf"))
let goat= extract(getInteger(contract,"goat"))
let cabbage= extract(getInteger(contract,"cabbage"))
#Это так называемая дата-транзакция, в которой пользователь присылает новые 4 переменные.
#Контракт разрешит её только в случае если все объекты останутся в сохранности.
match tx {
case t:DataTransaction =>
#Извлекаем будущее положение всех объектов из транзакции
let newHuman= extract(getInteger(t.data,"human"))
let newWolf= extract(getInteger(t.data,"wolf"))
let newGoat= extract(getInteger(t.data,"goat"))
let newCabbage= extract(getInteger(t.data,"cabbage"))
#0 обозначает, что объект на левом берегу, а 1 что на правом
let humanSide= human == 0 || human == 1
let wolfSide= wolf == 0 || wolf == 1
let goatSide= goat == 0 || goat == 1
let cabbageSide= cabbage == 0 || cabbage == 1
let side= humanSide && wolfSide && goatSide && cabbageSide
#Будут разрешены только те транзакции, где с козой никого нет в отсутствии фермера.
let safeAlone= newGoat != newWolf && newGoat != newCabbage
let safe= safeAlone || newGoat == newHuman
let humanTravel= human != newHuman
#Способы путешествия фермера туда и обратно, с кем-то либо в одиночку.
let t1= humanTravel && newWolf == wolf + 1 && newGoat == goat && newCabbage == cabbage
let t2= humanTravel && newWolf == wolf && newGoat == goat + 1 && newCabbage == cabbage
let t3= humanTravel && newWolf == wolf && newGoat == goat && newCabbage == cabbage + 1
let t4= humanTravel && newWolf == wolf - 1 && newGoat == goat && newCabbage == cabbage
let t5= humanTravel && newWolf == wolf && newGoat == goat - 1 && newCabbage == cabbage
let t6= humanTravel && newWolf == wolf && newGoat == goat && newCabbage == cabbage - 1
let t7= humanTravel && newWolf == wolf && newGoat == goat && newCabbage == cabbage
let objectTravel = t1 || t2 || t3 || t4 || t5 || t6 || t7
#Последняя строка в разделе транзакции описывает разрешающее транзакцию условие.
#Переменные транзакции должны иметь значения 1 или 0, все объекты должны
#быть в безопасности, а фермер должен переплывать реку в одиночку
#или с кем-то на каждом шагу
side && safe && humanTravel && objectTravel
case s:TransferTransaction =>
#Транзакция вывода средств разрешена только в случае если все переплыли на другой берег
human == 1 && wolf == 1 && goat == 1 && cabbage == 1
#Все прочие типы транзакций запрещены
case _ => false
}
A PHP először kivonja az összes változót az intelligens szerződésből a kulcsaik és a megfelelő logikai kifejezési változó formájában.
cabbage: extract ( getInteger ( contract , "cabbage" ) )
goat: extract ( getInteger ( contract , "goat" ) )
human: extract ( getInteger ( contract , "human" ) )
wolf: extract ( getInteger ( contract , "wolf" ) )
fState: human== 1 && wolf== 1 && goat== 1 && cabbage== 1
fState:
wolf:
goat:
cabbage:
cabbageSide: cabbage== 0 || cabbage== 1
human: extract ( getInteger ( contract , "human" ) )
newGoat: extract ( getInteger ( t.data , "goat" ) )
newHuman: extract ( getInteger ( t.data , "human" ) )
goatSide: goat== 0 || goat== 1
humanSide: human== 0 || human== 1
t7: humanTravel && newWolf== wolf && newGoat== goat && newCabbage== cabbage
t3: humanTravel && newWolf== wolf && newGoat== goat && newCabbage== cabbage + 1
t6: humanTravel && newWolf== wolf && newGoat== goat && newCabbage== cabbage - 1
t2: humanTravel && newWolf== wolf && newGoat== goat + 1 && newCabbage== cabbage
t5: humanTravel && newWolf== wolf && newGoat== goat - 1 && newCabbage== cabbage
t1: humanTravel && newWolf== wolf + 1 && newGoat== goat && newCabbage== cabbage
t4: humanTravel && newWolf== wolf - 1 && newGoat== goat && newCabbage== cabbage
safeAlone: newGoat != newWolf && newGoat != newCabbage
wolfSide: wolf== 0 || wolf== 1
humanTravel: human != newHuman
side: humanSide && wolfSide && goatSide && cabbageSide
safe: safeAlone || newGoat== newHuman
objectTravel: t1 || t2 || t3 || t4 || t5 || t6 || t7
A PHP ezután a Pythonban Z3Prover SMT-kompatibilis rendszerleírássá konvertálja őket.
Az adatok körbe vannak csomagolva, ahol a tárolási változók az i indexet, a tranzakciós változók az i + 1 indexet kapják, a kifejezésekkel rendelkező változók pedig meghatározzák az előző állapotból a következőbe való átmenet szabályait.
Ez a virtuális gépünk szíve, amely több tranzakciós keresési mechanizmust biztosít.
fState: And( And( And( human[Steps] == 1 , wolf[Steps] == 1 ) , goat[Steps] == 1 ) , cabbage[Steps] == 1 )
final: fState[Steps]
fState:
wolf:
goat:
cabbage:
cabbageSide: Or( cabbage[i] == 0 , cabbage[i] == 1 )
goatSide: Or( goat[i] == 0 , goat[i] == 1 )
humanSide: Or( human[i] == 0 , human[i] == 1 )
t7: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage == cabbage[i] )
t3: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage == cabbage[i] + 1 )
t6: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage == cabbage[i] - 1 )
t2: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] + 1 ) , cabbage == cabbage[i] )
t5: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] - 1 ) , cabbage == cabbage[i] )
t1: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] + 1 ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage == cabbage[i] )
t4: And( And( And( humanTravel[i] , wolf == wolf[i] - 1 ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage == cabbage[i] )
safeAlone: And( goat[i+1] != wolf , goat[i+1] != cabbage )
wolfSide: Or( wolf[i] == 0 , wolf[i] == 1 )
humanTravel: human[i] != human[i+1]
side: And( And( And( humanSide[i] , wolfSide[i] ) , goatSide[i] ) , cabbageSide[i] )
safe: Or( safeAlone[i] , goat[i+1] == human[i+1] )
objectTravel: Or( Or( Or( Or( Or( Or( t1[i] , t2[i] ) , t3[i] ) , t4[i] ) , t5[i] ) , t6[i] ) , t7[i] )
data: And( And( And( side[i] , safe[i] ) , humanTravel[i] ) , objectTravel[i] )
A feltételeket a rendszer rendezi és beilleszti egy szkriptsablonba, amelyet az SMT rendszer Pythonban történő leírására terveztek.
Üres sablon
import json
from z3 import *
s = Solver()
Steps=7
Num= Steps+1
$code$
#template, only start rest
s.add(data + start)
#template
s.add(final)
ind = 0
f = open("/var/www/html/all/bin/python/log.txt", "a")
while s.check() == sat:
ind = ind +1
print ind
m = s.model()
print m
print "traversing model..."
#for d in m.decls():
#print "%s = %s" % (d.name(), m[d])
f.write(str(m))
f.write("nn")
exit()
#s.add(Or(goat[0] != s.model()[data[0]] )) # prevent next model from using the same assignment as a previous model
print "Total solution number: "
print ind
f.close()
A teljes lánc utolsó állapotára az átutalási tranzakció szakaszban megadott szabályok érvényesek.
Ez azt jelenti, hogy a Z3Prover pontosan olyan feltételrendszereket fog keresni, amelyek végső soron lehetővé teszik a pénzeszközök visszavonását a szerződésből.
Ennek eredményeként automatikusan megkapjuk szerződésünk teljesen működőképes SMT modelljét.
Látható, hogy nagyon hasonlít az előző cikkem modelljéhez, amelyet manuálisan állítottam össze.
Kész sablon
import json
from z3 import *
s = Solver()
Steps=7
Num= Steps+1
human = [ Int('human_%i' % (i + 1)) for i in range(Num) ]
wolf = [ Int('wolf_%i' % (i + 1)) for i in range(Num) ]
goat = [ Int('goat_%i' % (i + 1)) for i in range(Num) ]
cabbage = [ Int('cabbage_%i' % (i + 1)) for i in range(Num) ]
nothing= [ And( human[i] == human[i+1], wolf[i] == wolf[i+1], goat[i] == goat[i+1], cabbage[i] == cabbage[i+1] ) for i in range(Num-1) ]
start= [ human[0] == 1, wolf[0] == 0, goat[0] == 1, cabbage[0] == 0 ]
safeAlone= [ And( goat[i+1] != wolf[i+1] , goat[i+1] != cabbage[i+1] ) for i in range(Num-1) ]
safe= [ Or( safeAlone[i] , goat[i+1] == human[i+1] ) for i in range(Num-1) ]
humanTravel= [ human[i] != human[i+1] for i in range(Num-1) ]
cabbageSide= [ Or( cabbage[i] == 0 , cabbage[i] == 1 ) for i in range(Num-1) ]
goatSide= [ Or( goat[i] == 0 , goat[i] == 1 ) for i in range(Num-1) ]
humanSide= [ Or( human[i] == 0 , human[i] == 1 ) for i in range(Num-1) ]
t7= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] ) for i in range(Num-1) ]
t3= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] + 1 ) for i in range(Num-1) ]
t6= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] - 1 ) for i in range(Num-1) ]
t2= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] + 1 ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] ) for i in range(Num-1) ]
t5= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] ) , goat[i+1] == goat[i] - 1 ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] ) for i in range(Num-1) ]
t1= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] + 1 ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] ) for i in range(Num-1) ]
t4= [ And( And( And( humanTravel[i] , wolf[i+1] == wolf[i] - 1 ) , goat[i+1] == goat[i] ) , cabbage[i+1] == cabbage[i] ) for i in range(Num-1) ]
wolfSide= [ Or( wolf[i] == 0 , wolf[i] == 1 ) for i in range(Num-1) ]
side= [ And( And( And( humanSide[i] , wolfSide[i] ) , goatSide[i] ) , cabbageSide[i] ) for i in range(Num-1) ]
objectTravel= [ Or( Or( Or( Or( Or( Or( t1[i] , t2[i] ) , t3[i] ) , t4[i] ) , t5[i] ) , t6[i] ) , t7[i] ) for i in range(Num-1) ]
data= [ Or( And( And( And( side[i] , safe[i] ) , humanTravel[i] ) , objectTravel[i] ) , nothing[i]) for i in range(Num-1) ]
fState= And( And( And( human[Steps] == 1 , wolf[Steps] == 1 ) , goat[Steps] == 1 ) , cabbage[Steps] == 1 )
final= fState
#template, only start rest
s.add(data + start)
#template
s.add(final)
ind = 0
f = open("/var/www/html/all/bin/python/log.txt", "a")
while s.check() == sat:
ind = ind +1
print ind
m = s.model()
print m
print "traversing model..."
#for d in m.decls():
#print "%s = %s" % (d.name(), m[d])
f.write(str(m))
f.write("nn")
exit()
#s.add(Or(goat[0] != s.model()[data[0]] )) # prevent next model from using the same assignment as a previous model
print "Total solution number: "
print ind
f.close()
Az indulás után a Z3Prover megoldja az intelligens szerződést, és olyan tranzakciós láncot biztosít számunkra, amely lehetővé teszi a pénzfelvételt:
Winning transaction chain found:
Data transaction: human= 0, wolf= 0, goat= 1, cabbage= 0
Data transaction: human= 1, wolf= 0, goat= 1, cabbage= 1
Data transaction: human= 0, wolf= 0, goat= 0, cabbage= 1
Data transaction: human= 1, wolf= 1, goat= 0, cabbage= 1
Data transaction: human= 0, wolf= 1, goat= 0, cabbage= 1
Data transaction: human= 1, wolf= 1, goat= 1, cabbage= 1
Data transaction: human= 1, wolf= 1, goat= 1, cabbage= 1
Transfer transaction
A kompszerződésen kívül saját szerződésekkel is kísérletezhetsz, vagy kipróbálhatod ezt az egyszerű példát, ami 2 tranzakcióban oldódik meg.
let contract = tx.sender
let a= extract(getInteger(contract,"a"))
let b= extract(getInteger(contract,"b"))
let c= extract(getInteger(contract,"c"))
let d= extract(getInteger(contract,"d"))
match tx {
case t:DataTransaction =>
let na= extract(getInteger(t.data,"a"))
let nb= extract(getInteger(t.data,"b"))
let nc= extract(getInteger(t.data,"c"))
let nd= extract(getInteger(t.data,"d"))
nd == 0 || a == 100 - 5
case s:TransferTransaction =>
( a + b - c ) * d == 12
case _ => true
}
Mivel ez a legelső verzió, a szintaxis nagyon korlátozott, és előfordulhatnak hibák.
A következő cikkekben a virtuális gép továbbfejlesztésére szeretnék kitérni, és bemutatni, hogyan lehet formálisan ellenőrzött okosszerződéseket létrehozni a segítségével, nem csak megoldani.
A karakteres virtuális gép a címen érhető el
A szimbolikus virtuális gép forráskódjának rendbetétele és az ottani megjegyzések hozzáadása után azt tervezem, hogy felteszem a GitHubra ingyenes hozzáféréshez.
Forrás: will.com