Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles structures de données pour la vérifi cation formelle de systèmes réactifs nis sur architectures parallèles. Ces travaux se basent sur les techniques de véri cation par model checking. Notre approche cible des architectures multi-processeurs et multi-coeurs, avec mémoire partagée, qui correspondent aux générations de serveurs les plus performants disponibles actuellement. Dans ce contexte, notre objectif principal est de proposer des approches qui soient à la fois effi caces au niveau des performances, mais aussi compatibles avec les politiques de partage dynamique du travail utilisées par les algorithmes de génération d'espaces d'états en parallèle ; ainsi, nous ne plaçons pas de contraintes sur la manière dont le travail ou les données sont partagés entre les processeurs. Parallèlement à la défi nition de nouveaux algorithmes de model checking pour machines multi-coeurs, nous nous intéressons également aux algorithmes de vérifi cation probabiliste. Par probabiliste, nous entendons des algorithmes de model checking qui ont une forte probabilité de visiter tous les états durant la vérifi cation d'un système. La véri fication probabiliste permet des gains importants au niveau de la mémoire utilisée, en échange d'une faible probabilité de ne pas être exhaustif ; il s'agit donc d'une stratégie permettant de répondre au problème de l'explosion combinatoire.

Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles structures de données pour la vérification formelle de systèmes réactifs finis sur architectures parallèles. Ces travaux se basent sur les techniques de vérification model checking. Notre approche cible des architectures multi-processeurs et multi-cœurs, avec mémoire partagée, qui correspondent aux générations de serveurs les plus performants disponibles actuellement.Dans ce contexte, notre objectif principal est de proposer des approches qui soient à la fois efficaces au niveau des performances, mais aussi compatibles avec les politiques de partage dynamique du travail utilisées par les algorithmes de génération d’espaces d'états en parallèle; ainsi, nous ne plaçons pas de contraintes sur la manière dont le travail ou les données sont partagés entre les processeurs.Parallèlement à la définition de nouveaux algorithmes de model checking pour machines multi-cœurs, nous nous intéressons également aux algorithmes de vérification probabiliste. Par probabiliste, nous entendons des algorithmes de model checking qui ont une forte probabilité de visiter tous les états durant la vérification d’un système. La vérification probabiliste permet des gains importants au niveau de la mémoire utilisée, en échange d’une faible probabilité de ne pas être exhaustif; il s’agit donc d’une stratégie permettant de répondre au problème de l’explosion combinatoire / In this thesis, we propose and study new algorithms and data structures for model checking finite-state, concurrent systems. We focus on techniques that target shared memory, multi-cores architectures, that are a current trend in computer architectures.In this context, we present new algorithms and data structures for exhaustive parallel model checking that are as efficient as possible, but also ``friendly'' with respect to the work-sharing policies that are used for the state space generation (e.g. a work-stealing strategy): at no point do we impose a restriction on the way work is shared among the processors. This includes both the construction of the state space as the detection of cycles in parallel, which is is one of the key points of performance for the evaluation of more complex formulas.Alongside the definition of enumerative, model checking algorithms for many-cores architectures, we also study probabilistic verification algorithms. By the term probabilistic, we mean that, during the exploration of a system, any given reachable state has a high probability of being checked by the algorithm. Probabilistic verification trades savings at the level of memory usage for the probability of missing some states. Consequently, it becomes possible to analyze part of the state space of a system when there is not enough memory available to represent the entire state space in an exact manner

Le développement de nouveaux formalismes logiques est au cœur de nombreuses problématiques de méthodes formelles. Ces formalismes doivent répondre à la fois à des impératifs de modélisation (ils doivent permettre de décrire certains systèmes) et de calcul (ils doivent fournir des méthodes de calcul correctes et complètes). Dans ce contexte, nous nous intéressons aux logiques de ressources, en particulier les logiques BI et BBI qui traitent du partage et de la séparation de ressources et qui ont conduit aux diverses logiques de séparation dont les applications à la vérification de programmes se sont développées fortement ces dernières années. Nous proposons dans cette thèse d’étudier, à partir des logiques BI et BBI, des logiques de séparation modales et épistémiques en se focalisant sur leurs capacités de modélisation et leur expressivité mais aussi les nouveaux calculs de preuve pour ces logiques. Une première étude a porté sur la modélisation de propriétés dynamiques de ressources au travers d’une nouvelle logique LTBI, qui est une logique de séparation temporelle, fondée sur la logique BI et des modalités temporelles. Cette logique offre notamment des perspectives intéressantes de modélisation temporelle branchante, permettant par exemple de caractériser les processus multi-thread. Une étude complémentaire a porté sur la modélisation de l’accès par des agents à des propriétés sous conditions de posséder certaines ressources, au travers d’une nouvelle logique ERL, qui est une logique de séparation épistémique, fondée sur la logique BBI et des modalités épistémiques. Cette logique permet de nombreuses modélisations de systèmes de contrôle d’accès. En vue d’étendre l’expressivité de telles logiques de séparation, comme la logique BBI et ses variantes, une étude sur l’internalisation des symboles de ressources dans la syntaxe de la logique a été développée au travers des nouvelles logiques HRL et HBBI (version hybride de BBI). L’internalisation permet à la fois d’étendre l’expressivité des logiques et d’axiomatiser la logique BBI et certaines de ses variantes. Outre la conception de ces logiques, l’étude de leur sémantique et aussi de leurs capacités de modélisation, une partie de cette thèse a été consacrée à la définition de calculs de preuve, ici de tableaux, pour ces nouvelles logiques ainsi qu’à leurs preuves de correction et de complétude / The design of new logical formalisms is at the heart of several problems in formal methods. Those formalisms must respond to requirements both concerning modelling (they must be able to describe certain systems) and computing (they must provide complete and sound calculus methods). In this context, we look at resource logics, and in particular BI and BBI logics, that deal with the separation and sharing of resources and have led to several separation logics whose applications to software verification have been widely developped recently. We propose in this thesis, starting from BI and BBI logics, to study some modal and epistemic separation logics by focusing on their modelling capacities and their expresiveness, as well as on the new proof calculi for those logics. A first study deals with the modelling of dynamic resource properties through new logic LTBI, which is a temporal separation logic, based on BI logic and temporal modalities. This logic notably offers interesting perspectives in temporal branching modelling, allowing for instance to characterize multi-thread processes. A complementary study concerns the modelling of access by agents to properties under the conditions of posessing some resources, through a new logic ERL, which is an epistemic separation logic, based on BBI logic and epistemic modalities. This logic allows many modellings of access control systems. In order to extend the expressivity of such separation logics, like BBI logic and its variants, a study on the internalization of resources symbols in the logic’s syntax has been developed through the new logics HRL and HBBI (hybrid version of BBI). Internalization allows both the extension of the expressivity of logics and the axiomatisation of BBI logic and some of its variants. In addition to the conception of those logics, the study of their semantics and their modelling capacities, a part of this thesis is dedicated to the definition of proof calculs, here tableaux calculus, for those new logics, as well as their proof of soundness and completeness

This work studies new algorithms and data structures that are useful in the context of program verification. As computers have become more and more ubiquitous in our modern societies, an increasingly large number of computer-based systems are considered safety-critical. Such systems are characterized by the fact that a failure or a bug (computer error in the computing jargon) could potentially cause large damage, whether in loss of life, environmental damage, or economic damage. For safety-critical systems, the industrial software engineering community increasingly calls for using techniques which provide some formal assurance that a certain piece of software is correct.<p>One of the most successful program verification techniques is model checking, in which programs are typically abstracted by a finite-state machine. After this abstraction step, properties (typically in the form of some temporal logic formula) can be checked against the finite-state abstraction, with the help of automated tools. Alternating automata play an important role in this context, since many temporal logics on words and trees can be efficiently translated into those automata. This property allows for the reduction of model checking to automata-theoretic questions and is called the automata-theoretic approach to model checking. In this work, we provide three novel approaches for the analysis (emptiness checking) of alternating automata over finite and infinite words. First, we build on the successful framework of antichains to devise new algorithms for LTL satisfiability and model checking, using alternating automata. These algorithms combine antichains with reduced ordered binary decision diagrams in order to handle the exponentially large alphabets of the automata generated by the LTL translation. Second, we develop new abstraction and refinement algorithms for alternating automata, which combine the use of antichains with abstract interpretation, in order to handle ever larger instances of alternating automata. Finally, we define a new symbolic data structure, coined lattice-valued binary decision diagrams that is particularly well-suited for the encoding of transition functions of alternating automata over symbolic alphabets. All of these works are supported with empirical evaluations that confirm the practical usefulness of our approaches. / Ce travail traite de l'étude de nouveaux algorithmes et structures de données dont l'usage est destiné à la vérification de programmes. Les ordinateurs sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne et, de plus en plus souvent, ils se voient confiés des tâches de nature critique pour la sécurité. Ces systèmes sont caractérisés par le fait qu'une panne ou un bug (erreur en jargon informatique) peut avoir des effets potentiellement désastreux, que ce soit en pertes humaines, dégâts environnementaux, ou économiques. Pour ces systèmes critiques, les concepteurs de systèmes industriels prônent de plus en plus l'usage de techniques permettant d'obtenir une assurance formelle de correction.<p><p>Une des techniques de vérification de programmes les plus utilisées est le model checking, avec laquelle les programmes sont typiquement abstraits par une machine a états finis. Après cette phase d'abstraction, des propriétés (typiquement sous la forme d'une formule de logique temporelle) peuvent êtres vérifiées sur l'abstraction à espace d'états fini, à l'aide d'outils de vérification automatisés. Les automates alternants jouent un rôle important dans ce contexte, principalement parce que plusieurs logiques temporelle peuvent êtres traduites efficacement vers ces automates. Cette caractéristique des automates alternants permet de réduire le model checking des logiques temporelles à des questions sur les automates, ce qui est appelé l'approche par automates du model checking. Dans ce travail, nous étudions trois nouvelles approches pour l'analyse (le test du vide) desautomates alternants sur mots finis et infinis. Premièrement, nous appliquons l'approche par antichaînes (utilisée précédemment avec succès pour l'analyse d'automates) pour obtenir de nouveaux algorithmes pour les problèmes de satisfaisabilité et du model checking de la logique temporelle linéaire, via les automates alternants.Ces algorithmes combinent l'approche par antichaînes avec l'usage des ROBDD, dans le but de gérer efficacement la combinatoire induite par la taille exponentielle des alphabets d'automates générés à partir de LTL. Deuxièmement, nous développons de nouveaux algorithmes d'abstraction et raffinement pour les automates alternants, combinant l'usage des antichaînes et de l'interprétation abstraite, dans le but de pouvoir traiter efficacement des automates de grande taille. Enfin, nous définissons une nouvelle structure de données, appelée LVBDD (Lattice-Valued Binary Decision Diagrams), qui permet un encodage efficace des fonctions de transition des automates alternants sur alphabets symboliques. Tous ces travaux ont fait l'objet d'implémentations et ont été validés expérimentalement. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished