Inferring inductive invariants is one of the main challenges of formal verification. The theory of abstract interpretation provides a rich framework to devise invariant inference algorithms. One of the latest breakthroughs in invariant inference is property-directed reachability (PDR), but the research community views PDR and abstract interpretation as mostly unrelated techniques. This paper shows that, surprisingly, propositional PDR can be formulated as an abstract interpretation algorithm in a logical domain. More precisely, we define a version of PDR, called $\Lambda$-PDR, in which all generalizations of counterexamples are used to strengthen a frame. In this way, there is no need to refine frames after their creation, because all the possible supporting facts are included in advance. We analyze this algorithm using notions from Bshouty's monotone theory, originally developed in the context of exact learning. We show that there is an inherent overapproximation between the algorithm's frames that is related to the monotone theory. We then define a new abstract domain in which the best abstract transformer performs this overapproximation, and show that it captures the invariant inference process, i.e., $\Lambda$-PDR corresponds to Kleene iterations with the best transformer in this abstract domain. We provide some sufficient conditions for when this process converges in a small number of iterations, with sometimes an exponential gap from the number of iterations required for naive exact forward reachability. These results provide a firm theoretical foundation for the benefits of how PDR tackles forward reachability.


翻译:推导变异性是正式核查的主要挑战之一。 抽象解释理论提供了设计变异推算法的丰富框架。 在变异推算法中的最新突破之一是属性定向可达性( PDR), 但研究界认为PDR 和抽象解释大多是无关的技术。 本文显示, 令人惊讶的是, Protial PDR 可以作为一个逻辑领域的抽象解释算法来制定。 更准确地说, 我们定义了一个版本的PDR, 叫做$\Lambda$- PDR, 其中所有反正图集的概观都用来加强一个框架。 这样, 在创建后无需修改框架, 因为所有可能的支持事实都包含在预览中 。 我们使用Bshouty的单调理论概念来分析这一算法。 我们显示, 与单调理论相关的算法框架之间有内在的偏差。 我们然后定义一个新的抽象域域, 其最精密的变异性在轨中进行这种变异性进程, 将它与充分变异性变后, 显示它的精确性基础。 。

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