Jacobs

Computersysteme in Banken und Versicherungsgesellschaften, aber auch in autonomen Fahrzeugen oder Satelliten sind vielversprechende Ziele für Cyberattacken und müssen geschützt werden um solchen Attacken zu widerstehen, oder um sie auszuhalten und dennoch sicher zu funktionieren. Leider gewinnen Angreifer mit zunehmender Komplexität dieser Systeme immer mehr Möglichkeiten, weshalb wir bei ihrer Verteidigung annehmen müssen, dass manche Attacken erfolgreich sein könnten. Glücklicherweise existieren bereits Resilienz-Techniken, wie etwa die dreifache Replikation des Computersystems mitsamt des Protokolls, um dann durch Abstimmung das korrekte Ergebnis zu bestimmen, auch wenn eine der Instanzen wegen einer erfolgreichen Cyberattacke ein fehlerhaftes Ergebnis liefert. Damit diese Techniken angewendet werden können, müssen sie aber auf die Struktur des Systems abgestimmt sein, insbesondere darauf wie die Komponenten des Systems miteinander interagieren. Die Resilienz-Techniken, die bisher entwickelt wurden, sind auf gewisse Formen der Interaktion eingeschränkt, und die Entwicklung neuer Techniken für aufwendigere Formen der Interaktion ist immer noch eine schwierige und fehleranfällige Aufgabe. Insbesondere können Tools, die die Entwicklung solcher Protokolle durch Korrektheitsprüfungen unterstützen, üblicherweise nur auf komplett fertiggestellte Protokolle angewandt werden, und ihre Anwendung benötigt darüber hinaus seltenes Expertenwissen. Im FM-CReST Projekt haben sich Forscher vom CISPA, Deutschland, und aus dem SnT der Universität Luxembourg zusammengeschlossen, um eine neue Klasse in hohem Maße automatisierter und leicht bedienbarer Tools zu entwickeln, die beim Design beweisbar korrekter Resilienz-Protokolle Unterstützung bieten. Um dies zu erreichen, setzen wir auf Co-Design von Protokollen mit komplexen Interaktionsformen, und basieren die Entwicklung unserer Tools auf den Beobachtungen während der Protokollentwicklung, mit dem Ziel ähnliche Aufgaben in Zukunft zu vereinfachen.

Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – 513487900.

Funding Body

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Deutsche Forschungsgemeinschaft

In this project we want to establish Global Synchronization Protocols (GSPs) as a new computational model for concurrent systems with a parametric number of components. Besides local updates of a component, GSPs support synchronous global updates of the system, which may be guarded with global conditions on the state of the system. With this combination, they can be used to model applications that depend on global synchronization between components, e.g. by consensus or leader election, at an abstraction level that hides the internal implementation of the agreement protocol, while faithfully preserving its pre- and postconditions.We will identify conditions under which parameterized safety verification of GSPs remains decidable, even though this problem is in general undecidable for the combination of communication primitives that GSPs support. A preliminary version of GSPs already supports both global synchronization and global transition guards, and we plan to further extend the system model to include asynchronous message-passing and different extensions for fault tolerance, while preserving decidability of parameterized verification.Moreover, we will identify conditions for small cutoffs for safety verification, i.e., small bounds on the number of components that need to be considered to provide parameterized correctness guarantees. Based on these cutoffs, we will also develop an approach to automatically synthesize GSPs that satisfy given properties by construction. Finally, we will also investigate a refinement-based synthesis approach for GSPs and compare its properties to the cutoff-based approach.Our research into decidable fragments of GSPs will be guided by applications from different areas, such as sensor networks, robot swarms, or blockchain-based applications.

Funding Body

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Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)