Cette thèse se situe dans le cadre de la vérification de systèmes distribués. Plus précisément, nous nous intéressons aux méthodes de preuve de convergence d'algorithmes distribués s'exécutant sur des réseaux en anneau de taille paramétrée. Cette étude distingue de plus le cas des algorithmes probabilistes de celui des algorithmes déterministes.

Cette thèse traite des systèmes paramétrés. Ils modélisent des applications dans divers domaines, comme la robotique ou la calibration. Soit S un système paramétré. Nous cherchons à décrire les ouverts connexes U de l'espace des paramètres tels que S restreint à U admet un nombre constant de solutions réelles. En robotique, nous détectons les positions cuspidales des robots plan 3-RPR. En calibration photographique, nous décrivons le nombre de solutions réalisables du problème Perspective-3- Points. D'un point de vue théorique, nous montrons que sous certaines hypothèses, le calcul de la variété discriminante d'un système paramétré peut se réduire à un calcul de projection. Dans le cas des systèmes quelconques, nous introduisons la décomposition équidimensionnelle régulière. Notre algorithme possède de bonnes performances en pratique et nous permet par ailleurs de déduire un nouvel algorithme pour le calcul du radical d'un idéal.

Cette thèse aborde le problème de la vérification automatique de systèmesparamétrés complexes. Cette approche est importante car elle permet de garantircertaines propriétés sans connaître a priori le nombre de composants dusystème. On s'intéresse en particulier à la sûreté de ces systèmes et on traitele côté paramétré du problème avec des méthodes symboliques. Ces travauxs'inscrivent dans le cadre théorique du model checking modulo théories et ontdonné lieu à un nouveau model checker : Cubicle.Une des contributions principale de cette thèse est une nouvelle technique pourinférer des invariants de manière automatique. Le processus de générationd'invariants est intégré à l'algorithme de model checking et permet de vérifieren pratique des systèmes hors de portée des approches symboliquestraditionnelles. Une des applications principales de cet algorithme estl’analyse de sûreté paramétrée de protocoles de cohérence de cache de tailleindustrielle.Enfin, pour répondre au problème de la confiance placée dans le model checker,on présente deux techniques de certification de notre outil Cubicle utilisantla plate-forme Why3. La première consiste à générer des certificats dont lavalidité est évaluée de manière indépendante tandis que la seconde est uneapproche par vérification déductive du cœur de Cubicle. / This thesis tackles the problem of automatically verifying complexparameterized systems. This approach is important because it can guarantee thatsome properties hold without knowing a priori the number of components in thesystem. We focus in particular on the safety of such systems and we handle theparameterized aspect with symbolic methods. This work is set in the theoreticalframework of the model checking modulo theories and resulted in a new modelchecker: Cubicle.One of the main contribution of this thesis is a novel technique forautomatically inferring invariants. The process of invariant generation isintegrated with the model checking algorithm and allows the verification inpractice of systems which are out of reach for traditional symbolicapproaches. One successful application of this algorithm is the safety analysisof industrial size parameterized cache coherence protocols.Finally, to address the problem of trusting the answer given by the modelchecker, we present two techniques for certifying our tool Cubicle based on theframework Why3. The first consists in producing certificates whose validity canbe assessed independently while the second is an approach by deductiveverification of the heart of Cubicle.

On présente trois algorithmes dans cette thèse: Le premier algorithme résout de systèmes polynomiaux homogènes et paramétrés zéro-dimensionnels avec un temps simplement exponentiel en le nombre n des inconnus, cet algorithme décompose l'espace des paramètres en un nombre fini d'ensembles constructibles et calcule le nombre fini de solutions par de représentations rationnelles paramétriques uniformes sur chaque ensemble constructible. Le deuxième algorithme factorise absolument de polynômes multivariés paramétrés avec un temps simplement exponentiel en n et en la borne supérieure d de degrés de polynômes à factoriser. Le troisième algorithme décompose les variétés algébriques définies par de systèmes algébriques paramétrés de dimensions positives en composantes absolument irréductibles d'une manière uniforme sur les valeurs des paramètres. La complexité de cet algorithme est doublement exponentielle en n. D'autre part, la borne inférieure du problème de résolution de systèmes algébriques paramétrés est doublement exponentielle en n.

Nous nous intéressons dans cette thèse au model-checking des systèmes infinis, notamment<br />les systèmes paramétrés et les programmes récursifs parallèles. Nous présen\-tons un cadre<br />uniforme pour la vérification algorithmique de ces systèmes. Ce cadre est basé sur la <br />représentation des ensembles de configurations par des automates de mots ou d'arbres, et la<br />représentation des relations de transition des systèmes par des règles de réécritures de mots<br />ou de termes. Le problème de la vérification est ensuite réduit au calcul des ensembles des<br />accessibles dans ce cadre. Les contributions de cette thèse sont les suivantes:<br /><br />1- Définition d'une technique d'accélération générale. Nous proposons une méthode basée sur <br />des techniques d'extrapolation sur les automates, et nous étudions la puissance de cette approche.<br />2- Techniques de model-checking régulier pour la vérification des réseaux paramétrés avec des <br />topologies linéaires et arborescentes. En particulier, nous considérons les réseaux modélisés <br />par des systèmes de réécriture comprenant des semi-commutations, c-à-d. des règles de la forme ab -> ba,<br />et nous exhibons une classe de langages qui est effectivement fermée par ces systèmes.<br />3- Modélisation et vérification des programmes récursifs parallèles. Dans un premier temps, <br />nous étudions les modèles PRS qui sont plus généraux que les systèmes à pile, les réseaux de Petri,<br />et les systèmes PA; et nous proposons des algorithmes qui calculent les ensembles des accessibles <br />de (sous-classes de) PRS en considérant différentes sémantiques. <br /><br />Dans une autre approche, nous considérons des modèles basés sur des automates à pile communicants<br />et des systèmes de réécritures à-la CCS, et nous proposons des méthodes de vérification de ces modèles<br />basées sur le calcul d'abstractions des langages des chemins d'exécutions. Nous proposons un cadre<br />algébrique générique permettant le calcul de ces abstractions.

Les travaux présentés dans ce document sont orientés vers la vérification formelle de propriétés de sûreté dans le cadre de la conception des systèmes enfouis. Nous nous plaçons dans le formalisme du modèle polyédrique, combinaison des systèmes d'équations récurrentes affines avec les polyèdes entiers. Ce modèle permet de faire de la synthèse de haut niveau pour générer des architectures parallèles à partir de la description d'un système régulier dont les dimensions sont définies par des paramètres symboliques. Nous nous intéressons à la vérification de propriétés de sûreté portant sur des signaux booléens de contrôle, générés ou introduits manuellement lors de la synthèse. Les propriétés sur de tels signaux seront appelées propriétés de contrôle. Nous montrons dans ce document que le modèle polyédrique est adapté pour la vérification formelle de propriétés de contrôle.<br /> Dans ce travail, nous développons une "logique polyédrique" qui nous permet de spécifier et prouver des propriétés dans le modèle polyédrique. La syntaxe et la sémantique des formules logiques s'appuient sur celles d'un langage de description de systèmes d'équations récurrentes affines sur des domaines polyédriques. Les règles de déduction sont de différents types : des règles "classiques" sur les connecteurs logiques, des règles de réécriture et des règles induites par des calculs dans le modèle. Nous développons des algorithmes pour automatiser la construction des preuves, ainsi que des techniques heuristiques permettant d'accélérer cette construction. Ces algorithmes nous permettent de prouver des propriétés simples, comme par exemple la propriété qu'un signal vaut toujours vrai pour un ensemble de processeurs et une durée déterminés. Nous présentons ensuite et commençons à développer des pistes afin d'enrichir notre logique pour exprimer des propriétés plus complexes, comme par exemple des propriétés d'exclusion mutuelle. Nous présentons quelques tactiques de preuve pour ces propriétés plus riches.