A model-driven methodology to support runtime assurance of open and adaptive systems - Nascimento, Luis Felipe de Almeida (2024)
Sistemas ciber-físicos (CPSs) abrigam vasto potencial econômico e impacto social, permitindo novos tipos de aplicações promissoras em diferentes domínios de sistemas embarcados como automotivo, aviônicos, ferroviários, de saúde e automação. Esses sistemas desempenham funções críticas e, se falharem, podem prejudicar pessoas ou levar ao colapso de infraestruturas importantes com consequências catastróficas para a indústria e/ou sociedade. Dessa forma, o desenvolvimento de CPSs demanda a demonstração de propriedades de segurança, proteção e confiabilidade. Casos de garantia fornecem um meio explícito para justificar/avaliar as propriedades de confiança do sistema com referências explícitas e implícitas a artefatos de design, de análise segurança e de confiabilidade. O Structured Assurance Case Metamodel (SACM) define um metamodelo padronizado para representar casos de garantia estruturados. O standard SACM fornece a base para a garantia de segurança de sistema dirigida por modelos com grande potencial para ser aplicada em domínios de CPSs abertos e adaptativos emergentes. Motivação: A natureza aberta (capacidade de se conectar) e adaptativa (adaptar a mudanças de contextos) dos CPSs exige uma mudança de paradigma de garantia de segurança do sistema em tempo de design para a garantia em tempo de execução. Assim, espera-se que os casos de garantia sejam intercambeados, integrados e verificados em tempo de execução para garantir a confiança de CPSs. Entretando, possibilitar a rastreabilidade entre os casos de garantia e modelos de design, análise e de processso do sistema, que são parte da Identidade de Confiança Digital Executável (EDDIs) de componentes de um CPSs, ainda é uma barreira. Objetivo: Neste trabalho é proposta uma nova metodologia dirigida por modelos para apoiar a especificação e a síntese de casos de garantia executáveis a partir de um conjunto de modelos de sistema para demonstrar a segurança e proteção de CPSs em tempo de execução. Este trabalho aprimora a especificação SACM com pattern extensions que adicionam semântica ao conceito de ImplementationConstraint para possibilitar a especificação de padrões de caso de garantia executáveis (templates) vinculados a informações de modelos de projeto, análise e de processo (evidências) que constituem a EDDI de um CPS e/ou de um componente do CPS. A metodologia proposta inclui um método de apoio à especificação e à instanciação de padrões de caso de garantia, uma ferramenta de modelagem com a capacidade de especificar padrões de caso de garantia executáveis vinculados a informações de uma EDDI e um algoritmo de instanciação para apoiar a síntese automática de casos de garantia. Avaliação: A viabilidade da metodologia proposta foi avaliada por meio de sua aplicação na geração de casos de garantia para dois sistemas do domínio automotivo. Resultados: A efetividade da metodologia proposta foi demostrada pelo baixo tempo de excução da instanciação, alta precisão e omissões mínimas na geração de casos de garantia para dois sistemas de tamanho médio.