Uncovering bugs in P4 programs with assertion based verification

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Freire, Lucas Menezes
• Orientador(a): Barcellos, Antonio Marinho Pilla
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Redes : Computadores; Linguagem de programação
• Palavras-chave em Inglês: Verification; Programmable Data Planes
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/182010

Tendências recentes em redes definidas por software têm estendido a programabilidade de rede para o plano de dados através de linguagens de programação como P4. Infelizmente, a chance de introduzir bugs na rede também aumenta significativamente nesse novo contexto. Para prevenir bugs de violarem propriedades de rede, as técnicas de imposição e verificação podem ser aplicadas. Enquanto imposição procura monitorar ativamente o plano de dados para bloquear violações de propriedades, verificação visa encontrar bugs assegurando que o programa satisfaz seus requisitos. Abordagens de verificação de plano de dados existentes que são capazes de modelar programas P4 apresentam restrições severas no conjunto de propriedades que podem ser verificadas. Neste trabalho, nós propomos ASSERT-P4, uma abordagem de verificação de programas de plano de dados baseada em asserções e execução simbólica. Programadores de rede anotam programas P4 com asserções expressando propriedades gerais de corretude. Os programas anotados são transformados em modelos C e todos os seus caminhos possíveis são executados simbolicamente. Como execução simbólica é conhecida por possuir desafios de escalabilidade, nós também propomos um conjunto de técnicas que podem ser aplicadas neste domínio para tornar a verificação factível. Nomeadamente, nós investigamos o efeito das seguintes técnicas sobre o desempenho da verificação: paralelização, otimizações de compilador, limitações de pacotes e fluxo de controle, estratégia de reporte de bugs, e fatiamento de programas. Nós implementamos um protótipo para estudar a eficácia e eficiência da abordagem proposta. Nós mostramos que ela pode revelar uma ampla gama de bugs e defeitos de software, e é capaz de fazer isso em menos de um minuto considerando diversas aplicações P4 encontradas na literatura. Nós mostramos como uma seleção de técnicas de otimização em programas mais complexos pode reduzir o tempo de verificação em aproximadamente 85 por cento.