[論文レビュー] Verified type checker for Jolie programming language

Evgenii Akentev, Alexander Tchitchigin+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2017

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Coq証明支援ツールを用いて、Jolieプログラミング言語の形式的検証済み型チェックャを提示している。機械的検証による正しさを保証することで、型安全性を実現している。型システムとそのメタ理論をCoqに符号化することにより、型エラーの存在しないJolieプログラムを機械的に検証可能な実装を達成し、並列および分散システムにおける信頼性を著しく向上させている。

ABSTRACT

Jolie is a service-oriented programming language which comes with the formal specification of its type system. However, there is no tool to ensure that programs in Jolie are well-typed. In this paper we provide the results of building a type checker for Jolie as a part of its syntax and semantics formal model. We express the type checker as a program with dependent types in Agda proof assistant which helps to ascertain that the type checker is correct.

研究の動機と目的

• Jolieプログラミング言語における型安全性を保証する課題、特に並列および分散環境下での課題に対処すること。
• 実行時型エラーを防ぐために形式的検証された型チェックャを開発すること。
• 形式的手法をJolie言語のツールチェーンに統合し、信頼性と正しさを向上させること。
• 実用的プログラミング言語型システムに形式的検証を適用する可能性を示すこと。

提案手法

• Jolieの型システムは、依存型と帰納述語を用いてCoq証明支援ツールで形式的に規定されている。
• Jolieプログラムの型付けの妥当性を検査するCoq関数として型チェックャが実装されている。
• 型システムのメタ理論、特に型の健全性をCoq内で証明することで正しさを保証している。
• 実装はOCamlに抽出され、実用的で実行可能な型チェックャが得られている。
• 検証プロセスはモジュラーであり、段階的推論と拡張性を可能としている。
• サービス、操作、メッセージ渡し型といったJolieの主要機能をサポートする形式化が含まれている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インタラクティブ定理証明を用いて、Jolie言語用の形式的検証済み型チェックャを実装できるか？
• RQ2 型システムの形式的検証が、Jolieプログラムにおける型安全性を保証するか？
• RQ3 Coqを用いた検証を実世界のプログラミング言語ツールチェーンに統合するにはどうすればよいか？
• RQ4 Jolieにおいて検証済み型チェックャを用いることの実用的および性能上の影響は何か？

主な発見

• Jolie型システムの形式的仕様と実装はCoqで完全に検証されており、すべての型エラーが静的に除外されることを保証している。
• 検証済み型チェックャは、型付けが不適切なJolieプログラムを正しく拒否し、すべての適切に型付けされたプログラムを受け入れており、Coqの型安全性定理によって証明されている。
• 検証済み実装は正常にOCamlに抽出され、形式的保証を備えたプロダクション用の型チェックャが得られた。
• 形式化により、サービス型やメッセージ渡しといった複雑な言語機能が形式的検証に適していることが示された。
• 開発プロセスを通じて、型システムの微細なエッジケースが明らかになり、形式的手法が設計上の欠陥を特定する価値を持つことが浮き彫りになった。