Software engineering applications of the OTS/CafeOBJ algebraic specification method

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι διττός. Το πρώτο μέρος αφορά την επαλήθευση της συμπεριφοράς των συστημάτων Mobile Digital Rights Management (DRM) με τη χρήση τεχνικών συμπεριφορικών αλγεβρικών προδιαγραφών. Το δεύτερο μέρος εξετάζει ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών των συμπεριφορικών αλγεβρικών προδιαγραφών. Αυτές περιλαμβάνουν την επαλήθευση των εκτελέσιμων υλοποιήσεων έναντι των συμπεριφορικών προδιαγραφών, τη συλλογιστική σχετικά με τα ταυτόχρονα συστήματα και την ασφαλή κατανάλωση κώδικα κινητής τηλεφωνίας. Τα συστήματα διαχείρισης ψηφιακών δικαιωμάτων χρησιμοποιούνται για την προστασία του ψηφιακού περιεχομένου, καθορίζοντας τους κανόνες για την κατανάλωση αδειών που διέπουν ολόκληρο τον κύκλο ζωής του περιεχομένου. Ο Open Mobile Alliance (OMA) είναι ένας οργανισμός τυποποίησης που είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία και τη συντήρηση του συστήματος Mobile DRM που χρησιμοποιείται από την πλειοψηφία των κατασκευαστών κινητών συσκευών. Οι άδειες χρήσης που χρησιμοποιούνται για την έκφραση των κανόνων κατανάλωσης σε αυτό το σύστημα είναι γραμμένες σε γλώσσα XML που ονομάζεται OMA REL. Μια πολύ σημαντική ανησυχία σχετικά με την ορθή λειτουργία των κινητών συστημάτων DRM είναι η αμφισημία της γλώσσας OMA REL. Αυτή η ασάφεια μπορεί να οδηγήσει σε μη αναμενόμενα αποτελέσματα κατά την εκτέλεση των αδειών που εκδίδονται στην OMA REL. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος χρησιμοποιούμε την παραπάνω μεθοδολογία για να παρέχουμε μια επίσημη σημασιολογία της OMA REL σε όρους CafeOBJ. Αυτό επιτρέπει τη χρήση της CafeOBJ για να επαληθευθεί αυτομάτως η συμπεριφορά των αδειών που γράφονται στην OMA REL. Η σωστή λειτουργικότητα του αλγορίθμου που είναι υπεύθυνη για την επιλογή των αδειών είναι υψίστης σημασίας για την ασφάλεια του κινητού συστήματος DRM. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο OTS/CafeOBJ για να διαμορφώσουμε τυπικά, να καθορίσουμε και να επαληθεύσουμε τον παραπάνω αλγόριθμο επιλογής άδειας χρήσης. Συγκεκριμένα,αναπτύσσουμε το μαθηματικό μοντέλο του αλγορίθμου απόφασης OMA ως Μεταβατικό Σύστημα Παρατήρησης (OTS), ένα είδος μεταβατικού συστήματος που εκφράζεται σε ένα εξειδικευμένο στυλ προδιαγραφών CafeOBJ. Τέλος, επαληθεύσουμε ότι αυτός ο αλγόριθμος πληροί τις ακόλουθες ελάχιστες ιδιότητες ασφαλείας: " κάθε φορά που επιλέγεται μια άδεια χρήσης για ένα δεδομένο περιεχόμενο, τότε η άδεια ισχύει την συγκεκριμένη χρονική στιγμή". Παρά την ικανοποίηση αυτής της ελάχιστης ιδιότητας ασφαλείας, αυτός ο αλγόριθμος προκαλεί την απώλεια δικαιωμάτων επί του περιεχομένου υπό ορισμένες συνθήκες. Με τον προσδιορισμό των περιπτώσεων που προκαλούν αυτή την απώλεια προτείνουμε έναν αλγεβρικό χαρακτηρισμό, καθώς και μια διάταξη των αδειών της ΟΜΑ. Αυτά μας επιτρέπουν να επανασχεδιάσουμε τον αλγόριθμο έτσι ώστε να ελαχιστοποιούμε τις απώλειες, με τρόπο κατάλληλο για τις χαμηλές υπολογιστικές δυνάμεις των κινητών συσκευών. Επιπλέον,παρέχουμε μια επίσημη απόδειξη ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος εκπληρώνει την πρόθεσή του. Η απόδειξη διεξάγεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο OTS/CafeOBJ για την επαλήθευση αναλλοίωτων ιδιοτήτων. Μετά το σχεδιασμό του παραπάνω αλγορίθμου τέθηκε το ζήτημα της απόκτησης ορθής εφαρμογής σε σχέση με τις προδιαγραφές. Η επαλήθευση του σχεδιασμού και της εφαρμογής κρίσιμων αντικειμενοστραφών συστημάτων είναι δύο πολύ σημαντικά αλλά ξεχωριστά καθήκοντα. Συνδυάζοντας τις τεχνικές συμπεριφοριακών αλγεβρικών προδιαγραφών με τα εργαλεία Design by contract προτείνουμε ένα νέο παράδειγμα ανάπτυξης λογισμικού στο οποίο η συλλογιστική για το σχεδιασμό του συστήματος είναι εφικτή χρησιμοποιώντας τα εργαλεία και τις μεθοδολογίες του πρώτου και η συλλογιστική σχετικά με τη συμμόρφωση της εφαρμογής με τις προδιαγραφές επιτυγχάνεται μέσω των εργαλείων του δεύτερου. Αυτή η νέα μεθοδολογία υποστηρίζεται από μια σημασιολογική μετάφραση από τις προδιαγραφές CafeOBJ σε προδιαγραφές γλώσσας Java Modeling Language (JML). Για να καταδειχθεί η δυνατότητα εφαρμογής και η πρακτικότητα της μεθοδολογίας, παρουσιάζονται ορισμένες μελέτες περιπτώσεων. Αυτά δεν σχετίζονται με τον τομέα DRM,ωστόσο είναι τα πρώτο βήμα στην αξιολόγηση της σκοπιμότητας της προσέγγισης σε ευρύτερο πλαίσιο. Παρουσιάζουμε επίσης κάποια επιχειρήματα σχετικά με την αξιοπιστία της προτεινόμενης μεθοδολογίας χρησιμοποιώντας μια μαθηματική απόδειξη για την ορθότητα της μετάφρασης. Υποστηρίζουμε ότι όλα τα μοντέλα της προδιαγραφής JML είναι μοντέλα της προδιαγραφής CafeOBJ, δηλ. ότι η προδιαγραφή JML είναι μια βελτίωση (refinement) της προδιαγραφής CafeOBJ.

WML (Wireless Markup Language)

Wireless application protocol (WAP) (Open Mobile Alliance, 2003) is a suite of network protocols that specifies ways of sending data across the airwaves. A wireless device is said to be WAP-compatible if, and only if, it has software that is fully capable of handling all WML 1.1 DTD entities. WML (Wireless Markup Language) (Open Mobile Alliance, 2001) is the XML-based language that is used in conjunction with WAP to format documents. As with all such protocol suites, WAP is organized hierarchically. At the bottom there are low-level protocols that are used for basic operations such as establishing connections, coding alphanumeric characters, and so on. At the top are the high-level protocols such as WML, which passes on page information. For more information on other WAP protocols, please visit http://www.wapforum.org/. WML script writing and applications will be discussed in Chapters VI through IX: • Chapter VI: The current chapter introduces fundamental WML components such as tables and images. • Chapter VII: Advanced WML, especially dynamic WML pages using CGI (Common Gateway Interface), will be introduced. • Chapter VIII: WMLScript, a lightweight JavaScript language used in conjunction with WML, is explained. • Chapter IX: The construction of a database-driven mobile web site using WML is explained step-by-step.

WMLScript

WML is a markup language used for text formatting and displaying (Open Mobile Alliance, 2001). However, the functions of a markup language are limited if there is no support from other programming languages. Two kinds of programming languages can help to extend the functions of WML: 1. server-side scripts such as CGI Perl running on servers, and 2. client-side scripts such as WMLScript running on handheld devices. This chapter focuses on WMLScript, building on the descriptions of WML and CGI provided in the previous two chapters. WMLScript (Open Mobile Alliance, 2000a) is a light JavaScript language (Netscape Communications Corporation, n. d.) that must be compiled into byte code on a server before it can run on a handheld device. It is based on ECMAScript but has been modified to better support low bandwidth communication and thin clients. WMLScript can be used in conjunction with WML to provide intelligent content to clients, but can also be used as a stand alone tool.

Digital Rights Management Metadata and Standards

In the digital world, several ways to organize and describe digital rights management (DRM) have been developed to enforce fairness and transparency in business trades. Metadata is beginning to serve this purpose as it attempts to address property rights, licensing, privacy, and confidentiality issues in a manner that ideally renders information or content easily accessible over a variety of platforms (Koenen, 2001). With the rise of security breaches and computer crimes such as identity theft, DRM is increasingly an issue for creators, content owners, purveyors, and consumers of all sorts of digital materials. This article defines what DRM is and explains how it is implemented into description and assessment in practical metadata schemes. DRM components are discussed, in particular those related to identification and rights expression. The two commonly used standards of describing DRM are discussed with Open Mobile Alliance and MPEG-21 (Rosenblatt, 2005). Issues and problems of metadata in DRM are also discussed for future implications.

MBMS—IP Multicast/Broadcast in 3G Networks

In this article, the Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBMS) as standardized in 3GPP is presented. With MBMS, multicast and broadcast capabilities are introduced into cellular networks. After an introduction into MBMS technology, MBMS radio bearer realizations are presented. Different MBMS bearer services like broadcast mode, enhanced broadcast mode and multicast mode are discussed. Streaming and download services over MBMS are presented and supported media codecs are listed. Service layer components as defined in Open Mobile Alliance (OMA) are introduced. For a Mobile TV use case capacity improvements achieved by MBMS are shown. Finally, evolution of MBMS as part of 3GPP standardization is presented.