Towards More Trustworthy Online Examinations: Formal Modeling and Verification Using CPNs

正确性 计算机科学 形式验证 模型检查 Petri网 可信赖性 形式化方法 软件工程 运行时验证 功能验证 数据验证 光学(聚焦) 程序设计语言 威胁模型 财产(哲学) 验证和确认 正式规范 软件验证 调试 分布式计算 活动图 统一建模语言 数据建模 语义学(计算机科学) 更安全的 计算机安全
作者
Wenbo Zhou,Yiyuan Wang,Minghao Yin
出处
期刊:Journal of software [Wiley]
卷期号:38 (4)
标识
DOI:10.1002/smr.70088
摘要

ABSTRACT Online examinations are among the most effective ways to evaluate students' learning outcomes. The reliable design of online examination systems is crucial to ensuring the correctness of examination procedures. While existing approaches focus on isolated aspects (for example, state‐level verification via UPPAAL or secure data transmission via cryptography), they lack the capability for comprehensive verification of the entire examination workflow. To address this gap, we use colored Petri nets (CPNs), which enable end‐to‐end modeling of concurrent processes and data‐token interactions. In this paper, we develop a comprehensive CPN‐based framework to model the entire online examination workflow. We formalize eight critical properties (e.g., correct total score) using ASK‐CTL and verify them through state‐space exploration and scenario simulation in CPN Tools. The verification results demonstrate that the model satisfies all eight properties, with no deadlocks or property violations found among 62,292 state‐space nodes. This work provides a formal verification framework for designing trustworthy online examination systems, reducing risks of logical errors and security vulnerabilities in real‐world implementations.
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