Классификация коммитов в репозиториях киберфизических систем для исследования исправлений ошибок в них
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(2)-3
Аннотация
Киберфизические системы представляют собой симбиоз многоуровневых систем управления и учитывают физические аспекты функционирования целевых объектов. Ошибки в таких системах могут быть связаны как с неправильной организацией кода и работой аппаратных средств, так и с неверным пониманием физических законов и их численной аппроксимацией. Продолжая предыдущую работу, мы применяем технологии автоматизированного анализа коммитов в git-репозиториях некоторых известных киберфизических систем с последующей классификацией собранных сообщений о фиксации изменений, написанных разработчиками таких систем. В работе мы обсуждаем выявленные сильные ключевые слова и обобщенные сообщения об исправлениях, которые способны показать основные классы ошибок в этих проектах. Результаты исследования могут быть использованы при обучении и консультировании по ошибкам и уязвимостям в сложных системах.
Об авторах
Никита Александрович СТАРОВОЙТОВРоссия
Магистрант и ассистент кафедры прикладной математики. Сфера научных интересов: кластеризация, анализ текстов.
Сергей Михайлович СТАРОЛЕТОВ
Россия
Кандидат физико-математических наук, доцент. Сфера научных интересов: формальная верификация, model checking, киберфизические системы, операционные системы.
Список литературы
1. git. Available at: https://git-scm.com, accessed Jun. 24, 2024.
2. Otte S. Version control systems, 2009. Available at: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:7541013, accessed Jun. 24, 2024.
3. Chacon S., Straub B. Pro git. Springer Nature, 2014.
4. Herzig K, Just S., Zeller A. It’s not a bug, it’s a feature: how misclassification impacts bug prediction. In Proc. 2013 35th international conference on software engineering (ICSE). IEEE, 2013, pp.392–401.
5. Kagdi H., Collard M. L., Maletic J. I. A survey and taxonomy of approaches for mining software repositories in the context of software evolution. Journal of software maintenance and evolution: Research and practice, vol. 19, no. 2, pp. 77–131, 2007.
6. Tian Y., Lawall J., Lo D. Identifying Linux bug fixing patches. In Proc. 2012 34th international conference on software engineering (ICSE). IEEE, 2012, pp. 386–396.
7. Lee, E. A. The past, present and future of cyber-physical systems: A focus on models. Sensors, vol. 15, no. 3, pp. 4837–4869, 2015.
8. Lee, E. A. Plato and the nerd: The creative partnership of humans and technology. MIT Press, 2017.
9. Rajkumar R., De Niz D., Klein M., Cyber-physical systems. Addison-Wesley Professional, 2016.
10. Gill H. From vision to reality: cyber-physical systems. In Proc. HCSS national workshop on new research directions for high confidence transportation CPS: automotive, aviation, and rail. Austin USA, 2008, pp. 1–29.
11. Sztipanovits J., Koutsoukos X., Karsai G., Kottenstette N., Antsaklis P., Gupta V., Goodwine B., Baras J., Wang S. Toward a science of cyber–physical system integration. Proceedings of the IEEE, vol. 100, no. 1, pp. 29–44, 2011.
12. Siddesh G.M., Deka G.C., Srinivasa K.G., Patnaik L.M., Cyber-physical systems: a computational perspective. CRC Press, 2015.
13. Rajkumar R., Lee I., Sha L., Stankovic J. Cyber-physical systems: the next computing revolution. In Proc. of the 47th design automation conference, 2010, pp. 731–736.
14. Luo Y., Xiao Y., Cheng L., Peng G., Yao D., Deep learning-based anomaly detection in cyber-physical systems: Progress and opportunities. ACM Computing Surveys (CSUR), vol. 54, no. 5, pp. 1–36, 2021.
15. ArduPilot Project. Available at: https://github.com/ArduPilot/ardupilot, accessed Jun. 24, 2024.
16. Staroletov S. Architectural software-hardware co-modeling a real-world cyber-physical system: Arduino-based ardupilot case. In Proc. 2021 30th Conference of Open Innovations Association. IEEE, 2021, pp. 267–278.
17. Scada-LTS. Available at: https://github.com/SCADA-LTS/Scada-LTS, accessed Jun. 24, 2024.
18. Modelica Standard Library. Available at: https://github.com/modelica/ModelicaStandardLibrary, accessed Jun. 24, 2024.
19. Fritzson P. Principles of object-oriented modeling and simulation with Modelica 3.3: a cyber-physical approach. John Wiley & Sons, 2014.
20. KeYmaera X, theorem Prover for Hybrid Systems. Available at: https://github.com/LS-Lab/KeYmaeraX-release, accessed Jun. 24, 2024.
21. Fulton N, Mitsch S., Quesel J.-D., M. Volp, Platzer A, KeYmaera X: An axiomatic tactical theorem prover for hybrid systems. In Proc. Automated Deduction-CADE-25: 25th International Conference on Automated Deduction, Berlin, Germany, August 1-7, 2015, Proceedings 25. Springer, 2015, pp. 527–538.
22. Quesel J.-D., Mitsch S., Loos S., Arechiga N., Platzer A. How to model and prove hybrid systems with KeYmaera: a tutorial on safety. International Journal on Software Tools for Technology Transfer, vol. 18, no. 1, pp. 67–91, 2016.
23. Staroletov S. Automatic proving of stability of the cyber-physical systems in the sense of Lyapunov with KeYmaera. In Proc. 2021 28th Conference of Open Innovations Association. IEEE, 2021, pp. 431–438.
24. Staroletov S., Schulte H., Baar T., Konyukhov I., Shilov N., Rozov A., Liakh T., Zyubin V. Modeling and verification using different notations for CPSs: The one-water-tank case study. In Proc. 2021 16th Conference on Computer Science and Intelligence Systems (FedCSIS). IEEE, 2021, pp. 485–488.
25. Bartocci E., Deshmukh J, Donze A., Fainekos G., Maler O., Nickovic D., Sankaranarayanan S. Specification-based monitoring of cyber-physical systems: a survey on theory, tools and applications. Lectures on Runtime Verification: Introductory and Advanced Topics, pp. 135–175, 2018.
26. Morgan J., O’Donnell G. E. Cyber physical process monitoring systems. Journal of Intelligent Manufacturing, vol. 29, no. 6, pp. 1317–1328, 2018.
27. Canizo M., Conde A., Charramendieta S., Minon R., Cid-Fuentes R. G., Onieva E., “Implementation of a large-scale platform for cyber-physical system real-time monitoring,” IEEE Access, vol. 7, pp. 52 455–52 466, 2019.
28. Ashibani Y., Mahmoud Q. H. Cyber physical systems security: Analysis, challenges and solutions. Computers & Security, vol. 68, pp. 81–97, 2017.
29. Lee E. A. Cyber physical systems: Design challenges. In Proc. 2008 11th IEEE international symposium on object and component-oriented real-time distributed computing (ISORC). IEEE, 2008, pp. 363–369.
30. Eichler C., Wagemann P., Schroder-Preikschat W. Genee: A benchmark generator for static analysis tools of energy-constrained cyber-physical systems. In Proc. of the 2nd Workshop on Benchmarking Cyber-Physical Systems and Internet of Things, 2019, pp. 1–6.
31. Fabarisov T., Yusupova N., Ding K., Morozov A., Janschek K. Model-based stochastic error propagation analysis for cyber-physical systems. Acta Polytechnica Hungarica, vol. 17, no. 8, pp. 15–28, 2020.
32. Lanotte R., Merro M, Munteanu A., Vigano L. A formal approach to physics-based attacks in cyber-physical systems. ACM Transactions on Privacy and Security (TOPS), vol. 23, no. 1, pp. 1– 41, 2020.
33. Tan L., Liu C., Li Z., Wang X., Zhou Y., Zhai C., Bug characteristics in open source software. Empirical software engineering, vol. 19, pp. 1665–1705, 2014.
34. Xiao G., Zheng Z., Yin B., Trivedi K. S., Du X., Cai K.-Y. An empirical study of fault triggers in the Linux operating system: An evolutionary perspective. IEEE Transactions on Reliability, vol. 68, no. 4, pp. 1356–1383, 2019.
35. Staroletov S., Starovoytov N., Golovnev N. Analyzing hot bugs in the Linux kernel by clustering fixing commit messages. Proceedings of the Institute for System Programming of the Russian Academy of Sciences, vol. 35, no. 3, pp. 215-242, 2023.
36. Hoder K., Voronkov A. Comparing unification algorithms in first-order theorem proving. In Proc. KI 2009: Advances in Artificial Intelligence: 32nd Annual German Conference on AI, Paderborn, Germany, September 15-18, 2009. Proceedings 32. Springer, 2009, pp. 435–443.
Рецензия
Для цитирования:
СТАРОВОЙТОВ Н.А., СТАРОЛЕТОВ С.М. Классификация коммитов в репозиториях киберфизических систем для исследования исправлений ошибок в них. Труды Института системного программирования РАН. 2024;36(2):33-46. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(2)-3
For citation:
STAROVOYTOV N.A., STAROLETOV S.M. Exploring the Taxonomy of Commits in Cyber-Physical Systems for Enhanced Error Fixes Investigation. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2024;36(2):33-46. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(2)-3