[发明专利]安卓系统环境下的网络协议形式化描述工具

说明书

技术领域

    本发明涉及计算机网络领域，特别涉及协议工程、安卓操作系统、网络协议形式化描述方面，尤指一种安卓系统环境下的网络协议形式化描述工具，是一种安卓系统环境下的网络协议形式化描述和分析方法，以及以此为基础的协议形式化分析工具。

背景技术

  安卓（Android）操作系统是Google于2007年11月宣布的基于Linux平台的开源移动操作系统，采用软件堆层的架构，主要分为三部分：底层以Linux内核工作为基础，由C语言开发，只提供基本功能；中间层包括函数库和虚拟机，有C++开发；上层为各种应用软件，由各公司自行开发。系统结构图如附图1。

Android系统的组件可以分为以下几个部分：

（1）关键应用程序（Applications）

Android系统与一系列核心应用程序包一起发布，包括Email客户端、SMS短消息程序，日历，地图，浏览器等。

（2）应用程序框架

    开发人员可以完全访问核心应用程序所使用的API框架，这种设计简化了组件的重用，任何一个应用程序都可以发布它的功能块，并且其他的程序可以使用。其中包括视图、内容提供器、资源管理器等。

（3）系统运行库

    包括程序库、和运行库，能够被Android系统中的不同组件使用，提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。

（4）Linux内核

Android的核心系统依赖于Linux2.6内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议和驱动模型。Linux内核也作为硬件和软件栈之间的抽象层。

网络协议形式化模型常用的主要包含三种：

（1）有限状态机FSM

     FSM是许多形式化方法的基础，它可以实现与其他形式化方法的组合和转换，并且易于自动实现，因此在形式化描述中占有重要地位。基于FSM描述的协议验证可通过构造可达树来实现。FSM简单直观，但描述能力有限，因此在通信协议的描述中，通常需要对其进行扩展和优化。

（2）Petri网

Petri网是一种适合于并发、异步、分布式系统描述与分析的图形数学工具，目前已经成为网络协议分析和设计的典型模型之一。Petri网在协议系统的描述和分析方面，有许多分析技术，例如可达性分析、不变量分析、构造理论、形式语言理论等。为了在不同领域的应用，从基本Petri网演化出许多扩展的研究，包括谓词/动作Petri网，时间Petri网，随机Petri网等。

（3）通信进程演算CCS

    CCS是进程代数的基础，能够严格的表述一个系统或进程执行时事件的时序性以及系统之间通信的特性。能以严密的代数演算方法验证协议的性质，因此它也是计算机通信系统的基本理论模型之一。使用扩展规则、限制规则以及其他运算法则将包含组合算子的表达式扩展为不包含组合算子的表达式，可以验证多个进程组合而成的系统是否有活动性和安全性。其优点在于能够精密的表达谢意的逻辑结构和协议的时序性，但不能直观的描述协议性质。

网络协议形式化描述语言通常是以严格的数学方法为基础，并且有严格的语法和语义的定义，可以精确、完全的表达协议的功能、性能和行为，广泛的应用于协议的分析、验证、实现、测试等系统中。

网络协议形式化描述语言通常分为公用部分和扩展部分。公用部分定义了网络协议的组成部分以及协议之间的关系，扩展部分用于定义网络协议的一些特殊的细节。在实际的描述系统中，系统所使用的公用部分都是相同的，而对于扩展部分，各个系统有独特的部分，因为各个系统所要描述的重点是不同的。

扩展标记语言（XML）是一种广泛应用的描述语言，源自于标准导引标识语言SGML。XML是一种元标记语言，可以根据不同需求定义不同的标记语言，其语法主要包括元素、处理指令、注释、属性等。XML的特点主要体现在以下四点：（1）信息的描述与信息处理是分开的；（2）XML文档具有自我描述能力；（3）XML具有很强的开放性和扩展性；（4）XML文档具有可验证性。

现有的针对安卓系统的研究，在协议形式化描述方面的研究较少，并且偏向于在理论层面。已有的系统或者工具，通常对网络流量具有一定的限制，同时对所安装的系统有较大的影响，因此限制了应用。

发明内容