Guaranteeing Properties of Reconfigurable Hardware Circuits with Proof-Carrying Hardware

Previous research in proof-carrying hardware has established the feasibility and utility of the approach, and provided a concrete solution for employing it for the certification of functional equivalence checking against a specification, but fell short in connecting it to state-of-the-art formal verification insights, methods and tools. Due to the immense complexity of modern circuits, and verification challenges such as the state explosion problem for sequential circuits, this restriction of readily-available verification solutions severely limited the applicability of the approach in wider contexts. This thesis closes the gap between the PCH approach and current advances in formal hardware verification, provides methods and tools to express and certify a wide range of circuit properties, both functional and non-functional, and presents for the first time prototypes in which circuits that are implemented on actual reconfigurable hardware are verified with PCH methods. Using these results, designers can now apply PCH to establish trust in more complex circuits, by using more diverse properties which they can express using modern, efficient property specification techniques.

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Die bisherige Forschung zu Proof-Carrying Hardware (PCH) hat dessen Machbarkeit und Nützlichkeit gezeigt und einen Ansatz zur Zertifizierung der funktionalen Äquivalenz zu einer Spezifikation geliefert, jedoch ohne PCH mit aktuellen Erkenntnissen, Methoden oder Werkzeugen formaler Hardwareverifikation zu verknüpfen. Aufgrund der Komplexität moderner Schaltungen und Verifikationsherausforderungen wie der Zustandsexplosion bei sequentiellen Schaltungen, limitiert diese Einschränkung sofort verfügbarer Verifikationslösungen die Anwendbarkeit des Ansatzes in einem größeren Kontext signifikant. Diese Dissertation schließt die Lücke zwischen PCH und modernen Entwicklungen in der Schaltungsverifikation und stellt Methoden und Werkzeuge zur Verfügung, welche die Zertifizierung einer großen Bandbreite von Schaltungseigenschaften ermöglicht; sowohl funktionale, als auch nicht-funktionale. Überdies werden erstmals Prototypen vorgestellt in welchen Schaltungen mittels PCH verifiziert werden, die auf tatsächlicher rekonfigurierbarer Hardware realisiert sind. Dank dieser Ergebnisse können Entwickler PCH zur Herstellung von Vertrauen in weit komplexere Schaltungen verwenden, unter Zuhilfenahme einer größeren Vielfalt von Eigenschaften, welche durch moderne, effiziente Spezifikationstechniken ausgedrückt werden können.