中央研究院 Logo

資訊科學研究所

博士後研究員，專任研究助理，獎助生

從事 形式化驗證(formal verification)在
1. 量子軟體系統
2. 儲存系統
的相關研究。

形式化驗證是一個開發高品質軟體的方法。

這方法會要求使用者提供他程式碼的"規格"。一個常見的方式，是用前置-後置條件來描述此規格，對一個排序的程式而言，我們會要求其前置條件是"輸入為一個整數序列"，而其後置條件為"回傳值回輸入序列經過由小到大重新排列的結果"。當然，是用電腦能看懂的語言表示。

之後，形式化驗證會用嚴謹的數學方法和電腦工具，"證明"一個該程式是否滿足該規格。這方法已經被很多歐美頂尖企業採用，例如微軟使用它來檢驗協力廠商所撰寫的驅動程式，AWS也大量採用他來驗證其雲端系統。AWS的CTO甚至在AWS 2020的開發者會議上，花了他整個演講1/3的時間，來解釋AWS如何用形式化驗證提高其服務品質。

本實驗室從事形式化驗證已經研究已經有十多年的時間，在全世界同行中也有相當的知名度。目前我們研究主軸在兩個方向：

[量子軟體系統驗證]
隨著量子電腦硬體的逐漸成熟，對應的量子軟體開發技術也日益受到重視。可以預見的，軟體的規模會不斷地增加，確保設計出來的程式正確無誤的難度也會高速提升。這現象在傳統軟體已經很普遍，任何有一定規模的軟體程式，無可避免的都會有大大小小的錯誤，最後只能和這些錯誤共存。我們相信如果沒有引入新的技術，很快量子軟體也會走向這條路。

形式化驗證在量子程式的發展也已經有十數年。目前主流的技術有兩大缺點，基於霍爾邏輯的技術有強大的能力，能處理十分複雜的量子程式分析，但是他的使用需要大量人力介入，需要的工作量常常是寫程式本身的數倍。這樣的技術比較適合用在確保關鍵系統的品質上（如核電廠的控制程式）。基於抽象解釋的技術則是另一個極端。他是全自動的，但是有著常常誤報程式錯誤的缺點。這大大減低的該類工具的可用性。

最近中研院的團隊開發了一個基於樹自動機(tree automata)的全新量子電路驗證技術。他克服了上述兩個問題。這是一個全自動的技術，使用者只需要提供電路和預期的答案，該技術就能自動檢查，對所有允許的起始量子狀態，有沒有任何的可能，在執行完電路後產生和預期不同的結果。同時這樣技術是精確的，他完全不會誤報錯誤，大大的增加了可用性。

有關於這個方向，還可以參考Quantum Computer Systems: Research for Noisy Intermediate-Scale Quantum Computers一書 的Ch 5,6,9來得到大概輪廓（連結：https://www.morganclaypool.com/doi/abs/10.2200/S01014ED1V01Y202005CAC051）。
下面是一些和我們近期研究題目相關的參考文獻：
[1] Yuan-Hung Tsai, Jie-Hong R. Jiang, Chiao-Shan Jhang: Bit-Slicing the Hilbert Space: Scaling Up Accurate Quantum Circuit Simulation. DAC 2021: 439-444
[2] Parosh Aziz Abdulla, Bengt Jonsson, Pritha Mahata, Julien d'Orso: Regular Tree Model Checking. CAV 2002: 555-568
[3]https://zxcalculus.com
[4]Miller, D. Michael, and Mitchell A. Thornton. "QMDD: A decision diagram structure for reversible and quantum circuits." 36th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL'06). IEEE, 2006.
[5]Mingsheng Ying. 2012. Floyd--hoare logic for quantum programs. ACM Trans. Programming Language System

[儲存系統驗證]
可參考我們發表在OSDI的論文：
[1] Yun-Sheng Chang, Yao Hsiao, Tzu-Chi Lin, Che-Wei Tsao, Chun-Feng Wu, Yuan-Hao Chang, Hsiang-Shang Ko, Yu-Fang Chen:
Determinizing Crash Behavior with a Verified Snapshot-Consistent Flash Translation Layer. OSDI 2020: 81-97

和下面相關文獻：
[2] Abdulla, P.A., Haziza, F., Holík, L. et al. An integrated specification and verification technique for highly concurrent data structures. Int J Softw. Tools. Technol. Transfer. 19, 549–563 (2017).
[3] Luke Nelson, James Bornholt, Ronghui Gu, Andrew Baumann, Emina Torlak, Xi Wang:
Scaling symbolic evaluation for automated verification of systems code with Serval. SOSP 2019: 225-242
[4] Frama-c WP tutorial (https://allan-blanchard.fr/publis/frama-c-wp-tutorial-en.pdf)
[5] Tej Chajed, Joseph Tassarotti, M. Frans Kaashoek, Nickolai Zeldovich:
Verifying concurrent, crash-safe systems with Perennial. SOSP 2019: 243-258

1. 具電機、資訊、資管、數學或相關科系畢業之博士/碩士/學士/在學學生
2. 曾修過下列課程者加分: 計算理論, 自動機理論, 模型驗證, 自動化驗證，台大Flolac暑期課程
3. 具有程式撰寫能力(C, C++, or JAVA)也是加分項目

依中研院規定

中研院資訊所

專任薪資：學士37240元起薪，碩士43624元起薪，博士62776元起薪，該職缺係「適用勞動基準法」；獎助生依本院獎助學金支給要點發放獎助學金

陳老師

北市南港區研究院路二段128號資訊所

27883799 分機1514

將個人詳細履歷，大學及以上成績單、發表過之論文、及任何有助審查資料 Email至 陳郁方研究員 yfc@iis.sinica.edu.tw。如通過初審將會另行通知面試。

2022-08-12

2025-12-15