The goal of this project is to design a tool to help users translate any logic statement into Disjunctive Normal Form and present the result as an AND/OR TABLE, which makes the logic relation easier to express by using a two-dimensional grid of values or expressions. This tool is implemented through a web-based and Java-based application. Thus, the user can utilize this tool via World Wide Web.

Le travail présenté dans cette thèse concerne l'étude de la notion de conversion inhérente à tous système de types dépendants. Plusieurs présentations de ces systèmes ont été étudiées pour des usages variés: typage, recherche de preuve, cohérence de logique... Chacune de ces représentation est accompagnée d'une notion d'égalité différente, suivant les besoins du moment. Mais il n'est pas certains que toutes ces représentations parlent en fin de compte d'une seule et même logique. Nous nous intéressons ici à une famille assez conséquente de systèmes de types, appelés Systèmes de Types Purs, et nous allons prouver que pour ces systèmes, toutes les représentations habituellement utilisées sont en fait équivalentes, c'est à dire qu'il existe des traductions constructives entre chacune de ces présentations. Ces traductions reposent toutes sur la manière de porter une égalité d'un système à l'autre. Ce travail se concentre donc sur les mécanismes de ces égalités, et prouve qu'il est possible de typer n'importe quelle égalité syntaxique en égalité sémantique, et ainsi qu'il est donc possible de passer d'un système à l'autre. L'intégralité de cette thèse a en outre été vérifiée et certifiée correcte à l'aide de l'assistant à la preuve Coq, qui a activement été utilisé tout au long de l'élaboration des preuves. ~

Dans ce document, nous montrons comment la notion de calculabilité introduite par W. W. Tait et étendue par Girard aux types polymorphes peut être utilisée et facilement étendue pour montrer la terminaison de différents types de relations de réécriture, y compris avec filtrage sur des symboles définis, filtrage d'ordre supérieur ou réécriture de classe modulo certaines théories équationnelles. Nous montrons également que la notion de clôture de calculabilité donne lieu a une relation bien fondée incluant l'extension à l'ordre supérieur par J.-P. Jouannaud et A. Rubio de l'ordre récursif sur les chemins de N. Dershowitz.

L'analyse comportementale traditionnelle opère en général au niveau de l'implantation du comportement malveillant. Pourtant, elle s'intéresse surtout à l'identification d'un comportement donné, indépendamment de sa mise en œuvre technique, et elle se situe donc plus naturellement à un niveau fonctionnel. Dans cette thèse, nous définissons une forme d'analyse comportementale de programmes qui opère non pas sur les interactions élémentaires d'un programme avec le système mais sur la fonction que le programme réalise. Cette fonction est extraite des traces d'un programme, un procédé que nous appelons abstraction. Nous définissons de façon simple, intuitive et formelle les fonctionnalités de base à abstraire et les comportements à détecter, puis nous proposons un mécanisme d'abstraction applicable à un cadre d'analyse statique ou dynamique, avec des algorithmes pratiques à complexité raisonnable, enfin nous décrivons une technique d'analyse comportementale intégrant ce mécanisme d'abstraction. Notre méthode est particulièrement adaptée à l'analyse des programmes dans des langages de haut niveau ou dont le code source est connu, pour lesquels l'analyse statique est facilitée : les programmes conçus pour des machines virtuelles comme Java ou .NET, les scripts Web, les extensions de navigateurs, les composants off-the-shelf. Le formalisme d'analyse comportementale par abstraction que nous proposons repose sur la théorie de la réécriture de mots et de termes, les langages réguliers de mots et de termes et le model checking. Il permet d'identifier efficacement des fonctionnalités dans des traces et ainsi d'obtenir une représentation des traces à un niveau fonctionnel ; il définit les fonctionnalités et les comportements de façon naturelle, à l'aide de formules de logique temporelle, ce qui garantit leur simplicité et leur flexibilité et permet l'utilisation de techniques de model checking pour la détection de ces comportements ; il opère sur un ensemble quelconque de traces d'exécution ; il prend en compte le flux de données dans les traces d'exécution ; et il permet, sans perte d'efficacité, de tenir compte de l'incertitude dans l'identification des fonctionnalités. Nous validons nos résultats par un ensemble d'expériences, menées sur des codes malicieux existants, dont les traces sont obtenues soit par instrumentation binaire dynamique, soit par analyse statique.

On présente une Logique Probabiliste avec des opérateurs Conditionnels - LPCP, sa syntaxe, sémantique, axiomatisation correcte et fortement complète, comprenant une règle de déduction infinitaire. On prouve que LPCP est décidable, et on l'étend pour qu'il puisse représenter l'évidence, en créant ainsi la première axiomatisation propositionnelle du raisonnement basé sur l'évidence. On codifie les Logiques Probabilistes LPP1Q et LPPQ2 dans l'Assistant de Preuve Coq, et on vérifie formellement leurs propriétés principales: correction, complétude fort et non-compacité. Les deux logiques étendent la Logique Classique avec des opérateurs de probabilité, et présentent une règle de déduction infinitaire. LPPQ1 permet des itérations des opérateurs de probabilité, lorsque LPPQ2 ne le permet pas. On a formellement justifié l'utilisation des solveurs SAT probabilistes pour vérifier les questions liées à la cohérence. On présente LFP, un Cadre Logique avec Prédicats Externes, en introduisant un mécanisme pour bloquer et débloquer types et termes dans LF, en permettant l'utilisation d'oracles externes. On démontre que LFP satisfait tous les principales propriétés et on développe un cadre canonique correspondant, qui permet de prouver l'adéquation. On fournit diverses encodages - le λ-calcul non-typé avec la stratégie de réduction CBV, Programmation-par-Contrats, un langage impératif avec la Logique de Hoare, des Logiques Modales et la Logique Linéaire Non-Commutative, en montrant que en LFP on peut codifier aisément des side-conditions dans l'application des règles de typage et atteindre une séparation entre vérification et computation, en obtenant des preuves plus claires et lisibles.

Lors de la conception des avions, il est courant que les constructeurs évaluent la sûreté de fonctionnement en utilisant des modèles stochastiques, mais l'évaluation de la fiabilité opérationnelle à l'aide de modèles en ligne, pendant la réalisation des missions, reste rarement effectuée. Souvent, l'évaluation stochastique concerne la sécurité des avions. Cette thèse porte sur la modélisation de la fiabilité opérationnelle des avions, pour aider à la planification des activités de maintenance et des missions, ainsi qu'à la bonne réalisation de ces dernières. Nous avons développé une approche de modélisation, basée sur un méta-modèle qui sert de base i) de structuration des informations nécessaires à l'évaluation de la fiabilité opérationnelle d'un avion et ii) pour la construction de modèles stochastiques pouvant être mis à jour dynamiquement. La mise à jour concerne l'état courant des systèmes avion, un profil de mission et les moyens de maintenance disponibles dans les diverses escales incluses dans le profil de la mission. L'objectif est de permettre l'évaluation de la fiabilité opérationnelle en ligne. Deux cas d'études, basés sur des sous-systèmes avion, sont considérés à titre d'illustration. Nous présentons des exemples de résultats qui montrent le rôle important de l'évaluation de la fiabilité opérationnelle pendant une mission d'avion.

Mes travaux de doctorat ont porté sur la certification de programmes impératifs utilisés dans des applications critiques. Les certificats établissent la validité des propriétés sémantiques des programmes et sont produits sous forme de preuves déductives vérifiables par machine. Le défi relevé dans cette thèse est d'automatiser la construction des preuves de correction de programmes. Nous avons suivie l'approche de Floyd-Hoare pour prouver que les propriétés sémantiques sont des invariants du programme et nous avons utilisé le le système Coq pour vérifier la validité des preuves. On considére ici le cas où les propriétés sémantiques sont calculées par des analyseurs statiques de programmes qui s'appuient sur la théorie de l'interprétation abstraite. Nous proposons une méthode d'instrumentation des analyseurs statiques de programmes afin de leur faire générer automatiquement un certificat pour chaque propriété sémantique calculée. L'instrumentation consiste à associer à certaines fonctions d'un analyseur statique des patrons de preuve qui à l'exécution généreront les certificats. De tels analyseurs instrumentés ne sont pas pour autant certifiés puisque leur correction pour toutes leurs entrées possibles n'est pas garantie, néanmoins ils sont capables de justifier par une preuve formelle la correction du résultat de chacun de leurs calculs. Bien sûr, si pour une entrée possible l'exécution de l'analyseur est boguée le résultat sera erroné et la justification produite ne sera pas une preuve valide; elle sera rejettée par le vérificateur de preuves. Cette approche permet de certifier avec un très haut-niveau de confiance (celui du vérificateur de preuves) les résultats d'outils existants, même à l'état de prototypes. Pour que l'instrumentation soit applicable en pratique, nous avons cherché à limiter le nombre de fonctions à instrumenter. Nous avons dégagé un ensemble restreint de fonctions, commun à tout analyseur, à instrumenter pour qu'un analyseur existant devienne un outil de certification automatique. Nous avons appliqué cette technique d'instrumentation à un analyseur de programmes manipulant des tableaux qui s'appuie sur des domaines abstraits non triviaux. Cet analyseur calcule des propriétés sur le contenu des tableaux manipulés par les programmes et, grâce à notre instrumentation, génère désormais des certificats vérifiables par Coq attestant de la validité des propriétés découvertes par l'analyse statique. Nous montrons enfin comment utiliser cet analyseur instrumenté pour certifier un protocole de communication pour systèmes multi-tâches destiné à l'avionique. La garantie de la correction des programmes est cruciale dans le domaine des systèmes embarqués. Face aux coûts et la durée d'une procédure de certification formelle, le développement d'outils automatiques de certification représente un enjeu économique majeur. La transformation, par instrumentation, d'outils d'analyses existants en outils de certification est une réponse possible qui évite la certification des outils d'analyse.

Cette thèse présente une coopération entre l'assistant de preuve Coq et certains prouveurs externes basée sur l'utilisation de traces de preuves. Nous étudions plus particulièrement deux types de prouveurs pouvant renvoyer des certicats : d'une part, les réponses des prouveurs SAT et SMT peuvent être vériées en Coq afin d'augmenter à la fois la confiance qu'on peut leur porter et l'automatisation de Coq ; d'autre part, les théorèmes établis dans des assistants de preuves basés sur la Logique d'Ordre Supérieur peuvent être exportés en Coq et re-vérifiés, ce qui permet d'établir des preuves formelles mêlant ces deux paradigmes logiques. Cette étude a abouti à deux logiciels : SMTCoq, une coopération bi-directionnelle entre Coq et des prouveurs SAT/SMT, et HOLLIGHTCOQ, un outil important les théorèmes de HOL Light en Coq. L'architecture de chacun de ces deux développements a été pensée de manière modulaire et efficace, en établissant une séparation claire entre trois composants: un encodage en Coq du formalisme de l'outil externe qui est ensuite traduit avec soin vers des termes Coq, un vérificateur certifié pour établir les preuves, et un pré-processeur écrit en Ocaml traduisant les traces venant de prouveurs différents dans le même format de certicat. Grâce à cette séparation, un changement dans le format de traces n'affecte que le pré-processeur, sans qu'il soit besoin de modier du code ou des preuves Coq. Un autre composant essentiel pour l'efficacité et la modularité est la réflexion calculatoire, qui utilise les capacités de calcul de Coq pour établir des preuves à la fois courtes et génériques à partir des certificats.

Les logiciels sont désormais un des composants essentiels des équipements modernes. Ils sont responsables de leur sûreté et fiabilité. Par sûreté, nous entendons que le système garantit que ''rien de dangereux n'arrive jamais''. Ce type de propriété peut se réduire à un problème d'accessibilité: pour démontrer la propriété il suffit de démontrer qu'un ensemble d'états ''dangereux'' ne sont pas atteignables. Ceci est particulièrement important pour les systèmes critiques: les systèmes dont une défaillance peut mettre en jeu des vies humaines ou l'économie d'une entreprise. Afin de garantir un niveau de confiance suffisant dans nos équipements modernes, un grand nombre de méthodes de vérification ont étaient proposées. Ici nous nous intéressons au model checking: une méthode formelle de vérification de système. L'utilisation de méthodes de model checking et de model checker permet d'améliorer les analyses de sécurité des systèmes critiques, car elles permettent de garantir l'absence de bug vis-à-vis des propriétés spécifiées. De plus, le model checking est une méthode automatique, ceci permet à des utilisateurs non-spécialistes d'utiliser ces outils. Ceci permet l'utilisation de cette méthode à une grande communauté d'utilisateur dans différents contextes industriels. Mais le problème de l'explosion combinatoire de l'espace des états reste une difficulté qui limite l'utilisation de cette méthode dans un contexte industriel. Nous présentons deux méthodes de vérification de modèle AltaRica. La première méthode présente un algorithme CEGAR qui élague des états de l'abstraction, ce qui permet d'utiliser une sous-approximation de l'espace des états d'un système. Grâce à l'utilisation de cette sous-approximation, nous pouvons détecter des contre-exemples simples, utiliser des méthodes de réduction pour éliminer des états abstraits, ce qui nous permet de minimiser le coût de l'analyse des contre-exemples, et guider l'exploration de l'abstraction vers des contre-exemples qui sont plus pertinents. Nous avons développé cet algorithme dans le model checker Mec 5, et les expérimentations réalisées ont confirmé les améliorations attendues.

The work presented in this document in an account of my work as a PhD student at LIX, Ecole Polytechnique, in the COMETE team under the supervision of Catuscia Palamidessi. During these studies, I have been in interested in the various aspects of concurrency covered by the COMETE team activities. The initial goal of my thesis was to investigate the aspects related to process calculi based formalisms to express and analyze Security Protocols. The ultimate goal was to makes some advances towards the automatic verification of security properties. In particular, I was interested in information-hiding protocols which require no cryptography, but normally use randomized mechanisms and therefore exhibit probabilistic behavior. Information hiding protocols are used typically in networks, and they are run by parties that reside in different locations of the system, and therefore interact asynchronously. The first work that I did was to try to give a correct meaning to the various notions of formal asynchronous communications used in various models, in particular between the field of concurrency and the field of distributed computing, where this was a recurrent question. These results are presented in the first part of this document. Being interested in the formal aspects of information-hiding problems, I took part in the preparation of the journal version of [BP09], and started preparing an automated probabilistic anonymity checker based on the formalism presented in this document. This lead to an initial draft of an implementation presented in http://vamp.gforge.inria.fr/. The formalism for this analysis is presented in the fourth part of this document. Another aspect of the verification of information hiding properties is that it requires to compute the probabilities of the possible outcomes for each scheduler. For this reason, this application quickly turned out to be highly inefficient. However, in an asynchronous system, a lot of transitions are confluent, which means that when evaluating a process, it is only necessary to choose one of the two confluent branches. Hence, I have worked on formalizing the possible optimizations based on the possible confluent computations. This work is presented in the second part of the document. Another interesting aspects of probabilistic protocols is the possibility to con- sider infinite runs. By doing such consideration, it is possible to verify the correction of some probabilistic protocols. For instance, in the case of the Crowds routing protocol, presented in Section 5.3, the protocol is considered correct because the probability of running into an infinite execution is null, hence the message will eventually be delivered. For this reason, I got interested in extending the meaning of a asynchronous probabilistic computations to the case of an infinite execution. As a matter of fact, the combination of infinite computation, confluence and probability is not easy to treat in the general case. The problem of confluence in concurrency is solved in an elegant way in an asyn- chronous paradigm called Concurrent Constraint Programming (CCP). Hence, I decided to study infinite computations in a probabilistic version of CCP. The problem, however, is that the meaning of the result of an infinite probabilistic computation was still an open problem also in that context. Hence, I studied a possible way to define this result, using the notion of valuations and sober spaces, and applied it to give a denotational semantics to probabilistic CCP, including infinite computations. This work is presented in the third part of the document. I have chosen a specific order for the various parts of this document that follows the various formal models that are used, in order to present each result along with the corresponding formalism. * In the first and second parts, I present the formal concurrent models, and in the particular asynchronous ones. * In the third part, I present the probabilistic CCP. This part also presents mathematic structures for the representation of infinite probabilistic executions. * Eventually, an application of both asynchronous and probabilistic models to the case of probabilistic information hiding is presented in the fourth part.