Leven Lang Computeren Computer Leven Lang Foeteren Er

Leven Lang Computeren, Computer, Leven Lang Foeteren? ? Er valt nog veel te leren! Oratie Prof. dr. Marko van Eekelen

Oratie? Inaugurele rede Formeel, ceremonieel – aanvaarden van het ambt van een nieuwbenoemde hoogleraar Rede – over het vakgebied en de rol die hij of zij daarin hoopt te vervullen – toegankelijk leken Kennismaking – wat vind ik belangrijk, wat doe ik, wat wil ik gaan doen? Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 2

De Open Universiteit • Opgericht in 1984, sindsdien: – Meer dan 250. 000 studenten, 1. 500. 000 modulen, 600. 000 cursus certificaten • 7 faculteiten: – Informatica, Natuurwetenschappen, Managementwetenschappen, Psychologie, Rechtswetenschappen, Onderwijswetenschappen en Cultuurwetenschappen • 15 studiecentra in Nederland, 6 studiecentra in Vlaanderen • Beoordeling Onderwijskwaliteit: 2 e van Nederland • Onderzoek Onderwijsvernieuwing: onbetwist 1 e – CELSTEC: Onderzoekinstituut voor Learning Sciences and Technology • Bekende studenten: – Laurine van Riessen, Jan Blokhuijsen, Stefan Groothuis, Marianne Vos Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 3

OU Faculteit Informatica • 5 hoogleraren, 50 medewerkers, 5 promovendi • 3153 cursussen afgelopen jaar • Bachelor en Master Opleidingen – Informatica – Business Process Management and Information Technology • Certified Professional Programs • Free Technology Academy • Wiskunde: Deficiëntiecursussen • Nederlands Informatica Onderwijs Congres – NIOC 2011 in Heerlen Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 4

Leven Lang Computeren, Leven Lang Foeteren? • Software producten zijn niet volwassen – – – – Geen standaarden Geen veiligheid Geen garantie Geen aansprakelijkheid Geen kwaliteitsanalyse Voortdurend nieuwe versies Vele, vele fouten • ICT in vrijwel alle facetten van het leven doorgedrongen – De apparaten nemen het over – Zelfs aandacht van cabaretiers Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 5

De apparaten nemen het over… You. Tube: Lebbis op Dreef Hans Sibbel in zijn show “Wanneer begint het schieten” Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 6

Wat is er aan de hand? • Er wordt wat afgemopperd op computers – 2 op 3 scheldt – 1 op 3 slaat of gooit met de muis – 1 op 6 slaat tegen het scherm of schopt tegen de computerkast • Maar naar een wereld zonder software wil vrijwel niemand terug…. Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 7

Afhankelijkheid • Afhankelijkheid van computers is groot • Dit is geen probleem als je er ook op kunt vertrouwen dat alles goed gaat • Maar dat is dus helaas niet zo…. . Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 8

Wat zou u doen met 17 miljoen? Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 9

Hoe hiermee om te gaan? • Onschuldige gevallen – Niets van aantrekken, wachten tot het overgaat • Vervelende gevallen – Problemen oplossen met ‘rebirthing therapie’ ofwe de ‘Windows’methode: 1. alle programmas afsluiten 2. computer uitzetten 3. computer weer aanzetten 4. alles weer opstarten • Als de schade groot is, ben je te laat! Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 10

Safety Critical en Industry Critical software • Hoe garandeer je kwaliteit? – Schade kan groot zijn – Productaansprakelijkheid voor software zal een keer komen • Certificatie van de mensen – B. Sc. , M. Sc, Certified Software Architect, . . • Certificatie van het proces – ISO 9000, CMMI, DO-178 B, … – Veel opschrijven, veel nadenken, veel testen, … • Is het product dan ook ‘vanzelf’ goed? Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 11

Testen is vaak niet genoeg • Testen is heel belangrijk – als eerste stap in kwaliteitscontrole: onderdelen van het systeem – als laatste stap: systeem als geheel • Testen is uitproberen – zegt alleen iets over specifieke waarden/situaties • Analyse is algemeen – testen en analyse vullen elkaar goed aan Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 12

Software Analyse Kan! - Basis eigenschappen (heel veel praktijktools) - geen ‘Bad Code Patterns’, goede structuur - Bewezen eenvoudige eigenschappen via statische analyse (veel praktijktools en onderzoektools) - typering (functie krijgt invoer van de juiste soort) - geen exceptions (programma zal niet tussentijds crashen) - Bewezen ontwerp / kernalgoritme met formele methoden (veel toepasbare onderzoektools) - model checken: álle mogelijkheden testen - theorem proving: wiskundig bewijs leveren; gecontroleerd door de computer Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 13

Software Analyse Moet! • Maak software analyse verplicht voor safety / industry / business critical software – Niveau afhankelijk van risico Wie kan dit verplichten? • overheid • bedrijfsvereniging • klant Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 14

Wat doe ik daaraan? Fundamenteel Onderzoek • Verbetering methoden en technieken – Functioneel Programmeren (analyse en redeneren) • Chair Trends in Functional Programming Symposia – Correctheid, Geheugenanalyse – Security en privacy Toepassing • La. Qu. So • Formal Methods in Industrial Critical Systems Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 15

La. Qu. So • Activiteit die onderzoek koppelt aan toepassing in de praktijk • • vergroot toepasbaarheid van onderzoek levert inspiratie voor nieuw onderzoek heeft impact in de maatschappij ‘commerciële’ projecten • Gestart door TU/e in 2004, overeenkomst tussen Cv. B’s van TU/e en RU in 2005 • Wetenschappelijk directeur van La. Qu. So Nijmegen • In Nijmegen al 46 projecten afgerond Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 16

La. Qu. So • Activiteit die onderzoek koppelt aan toepassing in de praktijk • Gestart door TU/e in 2004, overeenkomst tussen Cv. B’s van TU/e en RU in 2005 • Wetenschappelijk directeur van La. Qu. So Nijmegen • In Nijmegen al 46 projecten afgerond • • • certificatiemodel ontwikkeld (LSPCM) Aia: model checking certificatie van ‘load balancer’ in administratieve toepassing Maeslantkering: theorem proving van kernalgoritme slimme meters: security assessment van meters en van policies Digischaal: onderzoek schaalbaarheid onderwijsrepository Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 17

Formele Methoden • EU-CHARTER project (UK, IE, SE, D, NL) – vanuit requirements modellen transformeren naar code en eigenschappen bewijzen – gezondheids-, luchtvaart-, bewakings- en automobielindustrie • Proven Software Structure – Bewezen eigenschappen van componenten leveren bewezen eigenschappen van het geheel; – Interactive Theorem Proving 2011; OU+RU in Nijmegen • Software surgery Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 18

Case Study: De Maeslantkering Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 19

De opdracht voor La. Qu. So • Opdrachtgevers: Rijkswaterstaat en NRG • Algemene doelstelling: – Formele methoden bruikbaar voor verkleining van faalkans software? • Bestudeer beslissingalgoritme – Voldoet code (400 regels C) aan specificatie (150 regels Z)? – Lever zo mogelijk een bewijs Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 20

Informele specificatie Bepaal. Peil. Overschrijding=Sluiten. Of. Niet • Reeks verwachtingen komt binnen Niet Sluiten Wel Sluiten • Alleen sluiten bij ‘significante’ verwachte overschrijding Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 21

Formele specificatie $ i : N { i 1. . length_interval -2 Verwachting (i+2) Verwachting (i) norm } SLUITEN Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 22

Resultaten van Model Checken • Model gemaakt van de code; model heel dicht bij code Resultaat: Model anders dan specificatie • Specificatie: SLUITEN • Model: NIET SLUITEN; Code: NIET SLUITEN • FOUT maar genoeg speling en bij volgende slag zal wel besloten worden tot sluiten dus geen probleem Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 23

Theorem Proving • Model omgezet naar theorem prover • Model bewezen – bewijs gecontroleerd met de computer – software surgery onderzoek naar verbeteren van de techniek: garanties voor correctheid transformatie van code naar model • Meer zekerheid; vergroot vertrouwen • De faalkans kan verkleind worden • Maar met hoeveel? Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 24

Faalkans berekening is niet makkelijk – – slijtagefouten: veel statistisch onderzoek ontwerpfouten: weinig statistisch onderzoek software fouten zijn ontwerpfouten bewijs levert zekerheid van eigenschap Maar: – welke eigenschappen wil je nog meer? – Heb je eigenlijk wel de goede eigenschap? Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 25

Validatie van de specificatie • Was de eigenschap wel goed gespecifeerd? • Alternatieven geformuleerd; – via generatie van situaties gezocht naar verschillen Kering sluit niet Kering sluit te laat • Rijkswaterstaat: analyse klopt maar een dergelijke snelle stijging is uiterst onwaarschijnlijk en schade zal beperkt zijn Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 26

Size Analyse • Onderzoek naar geheugengebruik van programma's • Fundamenteel: NWO-AHA Project • Praktisch: EU-CHARTER Real-Time Java • Opkomend gebied (resource analyse) – Serie internationale workshops gestart • FOPARA – Bezoek van gastonderzoekers dit jaar Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 27

Slimme Meters Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 30

Security en Privacy - Slimme Meters • STW Secure Metering onderzoek • Testen van echte meters • Adviezen over ontwerp, security, privacy: – leidt tot forse verbetering! Klassieke fouten: • ‘Collect before you protect’ • ‘Security through obscurity’ Moderne Security Architectuur is nodig Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 31

Duurzaamheid • Standaardisatie wordt gefrustreerd door marktconcurrentie • IT-technology owes an apology to ecology • Onderzoekvoorstellen naar – IT-duurzaamheidsanalyse van kennisinstellingen – secure en privacyvriendelijk home automation voor innovatief energiemanagement – energieanalyse van software en compilatieoptimalisatie voor energie Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 32

Analyse van Software Gebruik • Analyseer niet alleen interne eigenschappen maar ook hoe software gebruikt wordt • Doelstelling – Betere feedback voor gebruiker • Leren software steeds beter te gebruiken – Productverbetering • Analyse kan problemen aan het licht brengen Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 33

Wikiwijs - Wikiwijzer • Wikiwijs – Geen wiki – Platform voor digitaal leermateriaal – Stichting Kennisnet en Open Universiteit • Wikiwijzer – onderzoekvoorstel – Trust model voor vertrouwen in materiaal – Semantic wiki/web techniek: van zoeken naar vinden – Analyse van gebruik ter verbetering – Visualiseren van interactie tussen docenten Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 34

Naar een nieuwe opleiding: Master Software Engineering • Bedrijven: grote behoefte aan hoger opgeleide ICT-ers • OU-Studenten: behoefte aan kortere, meer gespecialiseerde Master naast Informatica à 1 -jarige Master Software Engineering • Samenwerking met Universiteiten van Amsterdam, Nijmegen en Utrecht • Ambitie: top 3 in master keuze gids Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 36

Architecture Software Architecture Design Patterns Component Based Development Web Services Application Integration Quality Management Requirements Engineering Software Evolution Software Management Quality Assurance Software Verificatie and Validatie Software Security Afstuderen Academische Competenties Voorbereiding afstuderen Afstuderen Concept-curriculum Master SE Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 37

Middelbare school Informatica Mijn achtergrond • Code. Yard: ‘open source’ projecten voor middelbare scholieren • Vaknetwerkgroep Informatica • NT: profielkeuzevak • NG, EM, CM: keuzevak vrije deel • breed, multidisciplinair, heel divers ingevuld • vaak minder aantrekkingskracht voor techniek leerling • Relatief veel omgeschoolde docenten, heel weinig ‘rechtstreekse’ 1 e graads docenten Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 38

Verbeter informatica in het VO 1. Verplichte jaarlijkse bijscholing voor Informatica docenten – Is in ICT extra belangrijk vanwege de snelle ontwikkelingen in het vak 2. Alternatief onderdeel: volledig universitair vak – ‘locale universiteit’ of op afstand via de OU (academic experience programma) 3. Centraal examen voor deel van de stof – Met roulerende onderwerpen (3 -5 jaar vast) – Incentive voor ontwikkeling (multidisciplinair) lesmateriaal – Differentiatie HAVO-VWO 4. Extra Lesbevoegdheid via minoren – Vergroot aantal leraren met lesbevoegdheid Informatica 5. Breed overlegorgaan: vernieuwing en stimulering – Docenten, Didactici, Lerarenopleidingen, HBO, Universiteiten, Bedrijven: streven naar consensus Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 39

Heen en weer tussen OU en RU • OU – beste bacheloropleiding Informatica van Nederland – beste zorg voor kwaliteit in het onderwijs • RU – i. CIS: beste Informatica onderzoekinstituut van Nederland – Digital Security: beste onderzoekgroep binnen i. CIS Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 40

OU RU Inbreng in issues • RU: onderwijsrendementsverbetering – Minder vrijblijvendheid niet alleen voor studenten maar ook voor docenten – Strakkere centrale organisatie – Student meer centraal • OU: uitbouw van onderzoek – Verbeter onderzoekcultuur – Naast onderzoek op onderwijsgebied ook onderzoek wat toepasbaar is in bedrijfspraktijk – Ambitie: deelname aan onderzoekvisitatie Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 41

‘samenvatting’ • Software analyse is nodig voor volwassen softwareproducten • Informatica op middelbare scholen moet beter worden • Op weg naar een 1 -jarige Master opleiding Software Engineering • De OU en de RU kunnen veel van elkaar leren Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 42

Dankwoord • • bestuurders ‘mijn’ hoogleraren collega’s studenten vrienden familie gezin Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 43

Dixi: Ik heb gezegd…. . Vrijdag 5 maart, 2010 Oratie - Prof. dr. Marko van Eekelen 44