Uma Metodologia para Verifica

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Uma Metodologia para Verificação de Modelos de
Sistemas de Comércio Eletrônico

• Adriano Machado Pereira (adrianoc_at_dcc.ufmg.br)
• Orientador Wagner Meira Jr. (meira_at_dcc.ufmg.br)
• Co-orientador Sérgio Campos (scampos_at_dcc.ufmg.br)

28 de Agosto de 2002
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Introdução

• Comércio eletrônico (C.E.)
• Popularização
• Usuários web mais exigentes
• Serviços cada vez mais complexos
• Difícil projeto.
• Processo de concepção de sistemas de comércio
  eletrônico maioria das abordagens são ad-hoc
• Sistemas menos confiáveis
• Alto custo.

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Introdução

• Garantir a corretude de sistemas de comercio
  eletrônico
• Tarefa não trivial
• Testes e Simulações são pouco eficientes.
• Qual a solução?

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Metodologia CAFE

• Níveis
• Conceitual
• Aplicação
• Funcional
• Execução ou Arquitetural

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Metodologia CAFE
C
A
F
E
Entidades
Itens
Serviços
Arquitetura
Ciclo de Vida
Produtos
Ambiente de Execução
Ações
Requisitos Funcionais
Modelo de Execução
Agentes
Estratégia de Armazenamento
Ferramentas
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Metodologia CAFE

• Direcionada para concepção de sistemas de
  comércio eletrônico.
• Por que não adotá-la simplesmente?
• Quem projeta os sistemas?
• Quem produz os equipamentos de informática?

Ser humano não é perfeito!
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Motivação

• Erros existentes nos sites são empecilhos para um
  maior crescimento do comércio eletrônico, pois
  podem trazer prejuízos para os usuários web, site
  ou ambos, dependendo de sua natureza
• Processos de engenharia de software voltados para
  sistemas genéricos (RUP, Praxis)
• Ausência de metodologia (grau de formalidade)
  específica para sistemas onde há comercialização
  de bens.

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Objetivo

• Elaborar uma metodologia que utiliza métodos
  formais, mais especificamente verificação de
  modelos, para projetar sistemas de comércio
  eletrônico e verificar automaticamente se suas
  regras de negócio são satisfeitas
• Validar a metodologia através de estudos de caso
  de comércio eletrônico.

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Verificação de Modelos em Sistemas De Comércio
Eletrônico

• Regras de negócio
• Modelo formal de sistemas de comércio eletrônico
• Propriedades
• Completeza
• Transitividade
• Suporte Transacional do Servidor de Transação
  (Atomicidade, Consistência, Isolamento)

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A Metodologia Formal-CAFE

• Baseada na metodologia CAFE de especificação de
  sistemas de comércio eletrônico
• Estende a CAFE definindo método que possibilita a
  verificação de modelos de sistemas de comércio
  eletrônico
• Incremental e dividida em 4 níveis.

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A Metodologia Formal-CAFE
C
A
F
E
Model. Formal
Regras De Negócio
Model. Formal
Model. Formal
Espec. Formal
Espec. Formal
Espec. Formal
Sistema Correto
Verif. Formal
Verif. Formal
Verif. Formal
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A Metodologia Formal-CAFE
Explicação dos níveis e acompanhamento através
de um estudo de caso de uma Loja Virtual.

• Conceitual
• Tupla lt P, I, D, Ag, Ac, S gt
• Regras de negócio
• Quanto mais detalhado for, melhor!

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Estudo de Caso Loja VirtualNível Conceitual

• Produto livro
• Itens são unidades deste livro
• Domínio não disponível, disponível, reservado,
  vendido, excluído
• Agentes comprador e vendedor
• Ações
• Comprador Navegar, Reservar, Cancelar Reserva,
  Comprar
• Vendedor Disponibilizar, Excluir, Alterar
• Serviços Efetuar reserva, Excluir produto, etc.

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Conceitual

• Regras de negócio
• Se um item está indisponível e a ação
  Disponibilizar é executada sobre ele, então o
  item deverá estar disponível no estado seguinte.
• Se o item está reservado para um comprador e este
  executa a ação comprar, então o estado seguinte
  deste item será vendido.

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Conceitual

• Regras de negócios
• Reservar um item e cancelar a reserva de outro
  item do mesmo produto devem ser serviços
  atômicos.
• Se o estoque é positivo, então deve
  necessariamente existir pelo menos um item no
  estado disponível.
• Etc.

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A Metodologia Formal-CAFE

• Aplicação

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A Metodologia Formal-CAFE

• Aplicação
• ciclo de vida do bem comercializado (item)

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Aplicação

• Propriedade de Completeza
• EF (item1.estado Indisponível)
• EF (item1.estado Excluído)

item

• EF (comprador.ação Reservar)
• EF (comprador.ação Comprar)

comprador

• EF (vendedor.ação Disponibilizar)
• EF (vendedor.ação Excluir)

vendedor
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A Metodologia Formal-CAFE

• Funcional
• Serviços providos pelo sistema
• Múltiplos agentes
• Múltiplos itens.

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Propriedade de Transitividade
• AG (estado Indisponível serviço
  Disponibilizar) ? AX (estado Disponível)
• AG (estado Disponível serviço Excluir) ? AX
  (estado Excluído)
• AG (estado Reservado serviço Comprar) ? AX
  (estado Vendido)

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Propriedades Transacionais
• Atomicidade
• Ex Se um item está disponível e um comprador
  tenta reservá-lo, o item deverá estar reservado
  no próximo estado e o estoque alterado ou então o
  estado deve ser mantido.

AG ((estado Disponível serviço Reservar
estoque v) ? AX ((estado Disponível
estoque v) (estado Reservado estoque v
1)))
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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Propriedades Transacionais
• Isolamento
• Ex Se existirem dois compradores, um reservando
  um item e outro cancelando a reserva de outro
  item do mesmo produto, o estoque do produto deve
  ser mantido consistente.

AG ((serviço_comprador1 Reservar
serviço_comprador2 Cancelar Reserva estoque
v) ? AX (estoque v))
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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Propriedades Transacionais
• Consistência
• Ex o estoque de um determinado produto nunca
  deve ser negativo.

AG !(estoque lt 0)

• Ex Se o estoque é positivo, então deve
  existirpelo menos um item disponível.

AG ((estoque gt 0) ? (estado_produto Disponível))
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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Atomicidade e Isolamento evitam inconsistência no
  sistema
• Erro grave detectado violação da propriedade de
  isolamento, que ocasionou que um mesmo item de um
  produto fosse vendido duas vezes.
• Solução mecanismo de exclusão mútua no processo
  de reserva de itens.

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Funcional

• Erro detectado

next (em_uso) case ... em_uso 0 serviço
comprador 1 Reservar serviço comprador 2
Reservar estoque gt 0 estoque lt 2
1,2 em_uso 1 serviço comprador 1
Cancelar Reserva 0 em_uso 1 serviço
comprador 1 Comprar 0 em_uso 2 serviço
comprador 2 Cancelar Reserva 0 em_uso 2
serviço comprador 2 Comprar 0 ... 1
em_uso esac
next (sessão_usuário) case ... sessão_usuári
o seleção de produto serviço comprador
Reservar next(produto disponível 1)
carrinho de compras sessão_usuário seleção de
produto serviço comprador Reservar
next(produto disponível 0) erro (produto
indisponível) ... 1 sessão_usuário esac

• Resultado
• Quando um comprador solicitar a reserva de um
  item, caso a variável
• em_uso contenha a identificação de outro
  comprador, então a adição do
• item ao seu carrinho de compras não é efetuada.

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A Metodologia Formal-CAFE

• Execução ou Arquitetural
• Componentes do sistema
• Interações do usuário.

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Estudo de Caso Loja Virtual Nível Execução /
Arquitetural

• Verificação de todas as propriedades verificadas
  nos níveis antecedentes.
• Novas especificações para verificar o correto
  funcionamento dos componentes da arquitetura do
  sistema.
• 71 especificações verificadas.
• Modelo completo mais de 1023 estados, com mais
  de 1014 estados alcançáveis.

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Conclusão

• A aplicação de verificação de modelos em comércio
  eletrônico tem se mostrado promissora
• Área pouco explorada
• Processo de verificação em sistemas de software
  não é trivial, porém a definição de uma
  metodologia para tal é necessária e tende a
  atrair pessoas para a área.

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Contribuições

• Definição uma metodologia que possibilite
• Identificar antecipadamente erros no projeto
• Projetar sistemas de comércio eletrônico mais
  confiáveis e robustos.
• Oportunidade de estender o trabalho a outras
  áreas de aplicação
• Demonstração que a aplicação de técnicas formais
  pode ser útil e promissora.

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Publicações

• ICFEM02
• A Formal Methodology to Specify e-Commerce
  Systems
• Artigo WMF2002
• Uma Metodologia para Verificação de Modelos de
  Sistemas de Comércio Eletrônico
• Artigo ICECR-5
• Formal-CAFE Methodology an E-commerce System's
  Case Study

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Trabalhos Futuros

• Definição de padrões para especificação formal de
  regras de negócio de comércio eletrônico (CE)
• Definição de padrões para construção do modelo
  formal proposto pela metodologia
• Definição de uma linguagem formal para construção
  de sistemas de CE
• Aplicação da metodologia em outras áreas, tais
  como comércio eletrônico móvel e telecomunicações.

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(No Transcript)
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Grau de Formalidade Nível 0

• Nenhum uso de métodos formais
• Corresponde a prática padrão, na qual a
  verificação é um processo manual de revisão e
  inspeção aplicada a documentos escritos em
  linguagem natural
• A validação é baseada em testes.

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Grau de Formalidade Nível 1

• Uso de conceitos e notações da matemática
  discreta
• Substitui-se a linguagem natural utilizada na por
  notações e conceitos da lógica e matemática
  discreta.

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Grau de Formalidade Nível 2

• Uso de Linguagens de especificação formal
• Ferramenta de suporte automático limitado, como
  um analisador, um verificador de tipos ou apenas
  capacidade de prova de teoremas

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Grau de Formalidade Nível 3

• Uso de Linguagens de especificação formal mais
  completas
• Ambiente de suporte amplo, incluindo prova de
  teoremas automática e verificadores de provas
• Verificação de modelos totalmente automática.

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CAFE Conceitual

• Define quais são as entidades que caracterizam um
  serviço de comercio eletrônico
• Entidades base para elaboração dos níveis
  subseqüentes.

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CAFE Aplicação

• São instanciados os possíveis valores para cada
  entidade
• Descrito o funcionamento da aplicação sob a
  perspectiva do itens que estão sendo
  comercializados.

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CAFE Funcional

• Descrição dos serviços providos pelo servidor de
  transação
• Especificação da estratégia de implementação dos
  serviços
• Estratégia de armazenamento.

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CAFE Execução

• Determina como a aplicação vai ser implementada
• Arquitetura do sistema
• Tecnologias a serem adotadas.
• Complementa o processo de concepção do servidor
  de comercio eletrônico.

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Arquitetura Típica
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Comércio eletrônico

• Conjunto de técnicas e tecnologias computacionais
  utilizadas para realizar ou facilitar transações
  comerciais de bens e serviços.

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Sistemas de comércio eletrônico

• Arquitetura típica
• Servidor WWW
• Servidor de transações
• Banco de dados.
• Requisitos
• Gerenciamento do estado da aplicação
• Suporte transacional
• Segurança
• Desempenho.

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Métodos Formais

• Consiste basicamente no uso de técnicas
  matemáticas para auxiliar na documentação,
  especificação, projeto, análise e certificação de
  sistemas de computação.
• Exemplo
• provadores de teoremas
• matemática discreta
• verificação de modelos.

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Métodos Formais

• Benefícios
• Capacidade de fornecer especificações precisas e
  não ambíguas
• Possibilidade de verificar especificações
  iniciais do projeto, onde normalmente não há
  outra forma de validação
• Mudanças na especificação podem ser realizadas de
  maneira mais confiável.

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Grau de formalidade

• Nível 0
• Nível 1
• Nível 2
• Nível 3
• Verificação de modelos (model checking)

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Verificação de Modelos

• Exploração exaustiva de todas as possibilidades
  de comportamento de um sistema.
• Processo de Verificação de Modelos
• Modelagem formal
• Especificação formal
• Verificação formal.
• SMV e NuSMV

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Verificação de Modelos

• Modelagem formal
• consiste em converter as características do
  projeto para uma linguagem formal compatível com
  a ferramenta de verificação que pretende-se
  utilizar.
• Como isso é feito?
• Qual a representação utilizada?

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Modelagem Formal
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Modelagem Formal
Ação comprador 1 reservar Ação comprador 2
navegar Ação vendedor disponibilizar Estado
item 1 (L1) disponível Estado item 2 (L2)
alocado ... Estoque do Livro 1 1
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Modelagem Formal
... Estoque do Livro 1 lt 0
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Especificação Formal
Em minha aplicação modelada, existe alguma
situação onde o estoque é negativo?

• Lógica Temporal
• Fórmulas CTL

EG (estoque lt 0)
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Verificação Formal
Em minha aplicação modelada, existe alguma
situação onde o estoque é negativo?

• Lógica Temporal
• Fórmulas CTL

EG (estoque lt 0)
Não