Les spécifications formelles et la modélisation par objets sont considérés comme deux champs ayant un fort potentiel d'influence sur l'avenir du génie logiciel. Dans un premier temps, nous étudions cette affirmation en dégageant les caractéristiques essentielles du développement du logiciel. L'intersection des deux champs est un domaine nouveau et prometteur. Nous en étudions les différents variantes et nous synthétisons les choix faits dans les méthodes formelles à objets actuelles. Dans ce contexte, cette thèse propose une méthode de spécification et de conception de composants logiciels destinée à faciliter la formalisation, automatiser partiellement le processus de conception, permettre le contrôle et la réutilisation des classes avant implantation. L'accent est mis sur la séparation entre les niveaux de description pour clarifier le processus de conception et sur l'uniformisation à l'intérieur des niveaux de description pour assurer la cohérence. Deux modèles sont décrits. Le premier modèle, dit des types abstraits graphiques, définit les composants suivant un axe dynamique et suivant un axe fonctionnel. La modélisation dynamique, naturelle pour des objets est donnée en termes d'automates d'états finis gardés. Outre sa lisibilité, le modèle dynamique a pour intérêt majeur la construction guidée de spécifications algébriques, support de l'axe fonctionnel. Le second modèle, dit des classes formelles, est un modèle général, formel et abstrait pour la conception à objets. Basé sur les types abstraits algébriques, il permet le raisonnement abstrait et ma mise en oeuvre dans différents langages de programmation à objets. Les modèles présentés sont indépendants et sont adaptables dans d'autres méthodes de développement. Nous proposons une méthode de transition entre ces deux modèles, qui favorise le contrôle et la réutilisation des spécifications. Plusieurs outils d'écriture et de preuve sont communs aux deux modèles et nous insistons sur l'ouverture vers d'autres environnements de spécification.

La sécurité des systèmes d'information devient un enjeu préoccupant pour les organisations tant publiques que privées, car de tels systèmes sont pour la plupart universellement accessibles à partir de navigateurs Web. Parmi tous les aspects liés à la sécurité des systèmes d'information, c'est celui de la sécurité fonctionnelle qui est étudié dans cette thèse sous l'angle de la mise en œuvre de politiques de contrôle d'accès dans une architecture orientée services. L'élément de base de la solution proposée est un modèle générique qui introduit les concepts essentiels pour la conception de gestionnaires d'exécution de politiques de contrôle d'accès et qui établit une séparation nette entre le système d'information et les mécanismes de contrôle d'accès. L'instanciation de ce modèle conduit à un cadre d'applications qui comporte, entre autres, un filtre de contrôle d'accès dynamique. Cette thèse présente également deux méthodes systématiques d'implémentation de ce filtre à partir de politiques écrites en ASTD, une notation graphique formelle basée sur les statecharts augmentés d'opérateurs d'une algèbre de processus. La notation ASTD est plus expressive que la norme RBAC et ses extensions, la solution actuellement privilégiée dans l'industrie. La première méthode repose sur une transformation de politiques de contrôle d'accès, instanciées à partir de patrons de base exprimés en ASTD, en des processus BPEL. La deuxième méthode est basée sur une interprétation de spécifications ASTD par des processus BPEL. Dans les deux cas, les processus BPEL s'exécutent dans un moteur d'exécution BPEL et interagissent avec le système d'information. Ces deux méthodes permettent une implémentation automatique d'un cadre d'applications à partir de la spécification de départ. Finalement, un prototype a été réalisé pour chacune des deux méthodes afin de montrer leur faisabilité au niveau fonctionnel et de comparer leurs performances au niveau système

La sécurité des systèmes d'information devient un enjeu préoccupant pour les organisations tant publiques que privées, car de tels systèmes sont pour la plupart universellement accessibles à partir de navigateurs Web. Parmi tous les aspects liés à la sécurité des systèmes d'information, c'est celui de la sécurité fonctionnelle qui est étudié dans cette Thèse sous l'angle de la mise en oeuvre de politiques de contrôle d'accès dans une architecture orientée services. L'élément de base de la solution proposée est un modèle générique qui introduit les concepts essentiels pour la conception de gestionnaires d'exécution de politiques de contrôle d'accès et qui établit une séparation nette entre le système d'information et les mécanismes de contrôle d'accès. L'instanciation de ce modèle conduit à un cadre d'applications qui comporte, entre autres, un filtre de contrôle d'accès dynamique. Cette Thèse présente également deux méthodes systématiques d'implémentation de ce filtre à partir de politiques écrites en ASTD, une notation graphique formelle basée sur les statecharts augmentés d'opérateurs d'une algèbre de processus. La notation ASTD est plus expressive que la norme RBAC et ses extensions. La première méthode repose sur une transformation de politiques de contrôle d'accès, instanciées à partir de patrons de base exprimés en ASTD, en des processus BPEL. La deuxième méthode est basée sur une interprétation de spécifications ASTD par des processus BPEL. Dans les deux cas, les processus BPEL s'exécutent dans un moteur d'exécution BPEL et interagissent avec le système d'information. Ces deux méthodes permettent une implémentation automatique d'un cadre d'applications à partir de la spécification de départ. Finalement, un prototype a été réalisé pour chacune des deux méthodes afin de montrer leur faisabilité au niveau fonctionnel et de comparer leurs performances au niveau système.

Dans cette thèse nous proposons un modèle temporel dans le cadre des machines à états abstraits (ASM). Une extension du langage de spécification ASM est développé qui correspond à ce modéle temporel pour le temps continu. L'extension du langage avec des constructions de temps permet de diminuer la taille de la spécification et donc de réduire la probabilité d'erreurs. La sémantique de l'extension du langage ASM est fournie et prend en compte les définitions des fonctions externes, les valeurs des délais et les choix de résolution des non-déterminismes. Un sous-système de vérification des propriétés exprimées en logique FOTL (FirstOrder Timed Logic) est développé. Un simulateur d'ASMs temporisées est développé et implémenté, il comprend un analyseur syntaxique, un interprète du langage, un sous-système de vérification des propriétés ainsi qu'une interface graphique

La sécurité des systèmes d'information devient un enjeu préoccupant pour les organisations tant publiques que privées, car de tels systèmes sont pour la plupart universellement accessibles à partir de navigateurs Web. Parmi tous les aspects liés à la sécurité des systèmes d'information, c'est celui de la sécurité fonctionnelle qui est étudié dans cette thèse sous l'angle de la mise en œuvre de politiques de contrôle d'accès dans une architecture orientée services. L'élément de base de la solution proposée est un modèle générique qui introduit les concepts essentiels pour la conception de gestionnaires d'exécution de politiques de contrôle d'accès et qui établit une séparation nette entre le système d'information et les mécanismes de contrôle d'accès. L'instanciation de ce modèle conduit à un cadre d'applications qui comporte, entre autres, un filtre de contrôle d'accès dynamique. Cette thèse présente également deux méthodes systématiques d'implémentation de ce filtre à partir de politiques écrites en ASTD, une notation graphique formelle basée sur les statecharts augmentés d'opérateurs d'une algèbre de processus. La notation ASTD est plus expressive que la norme RBAC et ses extensions, la solution actuellement privilégiée dans l'industrie. La première méthode repose sur une transformation de politiques de contrôle d'accès, instanciées à partir de patrons de base exprimés en ASTD, en des processus BPEL. La deuxième méthode est basée sur une interprétation de spécifications ASTD par des processus BPEL. Dans les deux cas, les processus BPEL s'exécutent dans un moteur d'exécution BPEL et interagissent avec le système d'information. Ces deux méthodes permettent une implémentation automatique d'un cadre d'applications à partir de la spécification de départ. Finalement, un prototype a été réalisé pour chacune des deux méthodes afin de montrer leur faisabilité au niveau fonctionnel et de comparer leurs performances au niveau système / Nowadays information systems are, more than ever, available through Web browsers. Therefore, they become vulnerable against attack, which has made security an important issue for public and private organizations. This thesis examines in depth one aspect of information system security, namely functional security through access-control policy enforcement, when such systems are implemented in a service-oriented architecture framework. The foundation of the proposed solution is a generic model that introduces essential concepts to design enforcement managers for access-control policies and clearly separates responsibilities between the information system and access control mechanisms. Instantiation of this model results in a general framework, which encompasses many components including a dynamic access-control filter. This thesis also presents two systematic implementation methods for the dynamic access-control filter from policies expressed in ASTD, a formal and graphical notation based on statecharts enriched with process algebra operators. The ASTD notation is more expressive than the RBAC standard and its extensions, the widely used solution in software engineering. The first method is based on the transformation of access-control policies, instantiated from ASTD patterns, into BPEL processes. The second method is based on the interpretation of ASTD specifications by BPEL processes. In these two cases, the BPEL processes are deployed and executed in a BPEL engine, and interact with the information system. Both methods allow for automatic implementation of an enforcement framework from the initial specification. Finally, prototypes have been developed to illustrate both methods and show their feasibility at the functional level and their performance

Les nouvelles technologies de l'information sont entrées au cœur de notre société et provoquent de profonds changements dans notre vie quotidienne, notamment dans le monde du travail. Or le métier d'enseignant n'a pas vraiment évolué, même si les méthodes éducatives changent, car toute tentative d'introduction de l'informatique se heurte à la méfiance des enseignants qui ont peur de perdre leur liberté de choix éducatifs. De plus, les avancées technologiques n'ont d'intérêt que si elles sont intégrées dans un processus global de conception d'applications éducatives. Nos recherches ont donc pour objectif principal de faciliter la tâche de l'enseignant dans la préparation de ses séquences pédagogiques. Nous définissons ainsi le support méthodologique d'un environnement informatique d'aide à la spécification des connaissances éducatives. Nous organisons alors nos travaux autour de trois axes. Tout d'abord, nous proposons la mise en place d'enseignements axés sur la notion de situations-problèmes au sens IUFM car elle met les apprenants en situation de projet tout en répondant aux objectifs pédagogiques fixés. Nous exposons ensuite la nécessité pour les enseignants de se reposer sur un processus de spécification formelle que nous définissons et pour lequel nous proposons un cycle de vie basé sur le prototypage rapide. Nous proposons aussi une ontologie de l'enseignement s'appuyant sur une architecture orientée-objet. Nous montrons enfin que l'utilisation de méta-outils CASE permet de développer un environnement ayant une assistance adaptée et suffisamment flexible pour permettre différentes façons de spécifier et différents points de vue et-ou formalismes de représentation sur une spécification. Le prototype développé couple le méta-outil CASE HARDY, qui fournit une interface diagrammatique supportant les étapes du processus de développement, et le générateur de système expert CLIPS qui assure la cohésion globale en terme de guidage et de flexibilité.

Les nouvelles technologies de l'information sont entrées au cœur de notre société et provoquent de profonds changements dans notre vie quotidienne, notamment dans le monde du travail. Or le métier d'enseignant n'a pas vraiment évolué, même si les méthodes éducatives changent, car toute tentative d'introduction de l'informatique se heurte à la méfiance des enseignants qui ont peur de perdre leur liberté de choix éducatifs. De plus, les avancées technologiques n'ont d'intérêt que si elles sont intégrées dans un processus global de conception d'applications éducatives. Nos recherches ont donc pour objectif principal de faciliter la tâche de l'enseignant dans la préparation de ses séquences pédagogiques. Nous définissons ainsi le support méthodologique d'un environnement informatique d'aide à la spécification des connaissances éducatives. Nous organisons alors nos travaux autour de trois axes. Tout d'abord, nous proposons la mise en place d'enseignements axés sur la notion de situations-problèmes au sens IUFM car elle met les apprenants en situation de projet tout en répondant aux objectifs pédagogiques fixés. Nous exposons ensuite la nécessité pour les enseignants de se reposer sur un processus de spécification formelle que nous définissons et pour lequel nous proposons un cycle de vie basé sur le prototypage rapide. Nous proposons aussi une ontologie de l'enseignement s'appuyant sur une architecture orientée-objet. Nous montrons enfin que l'utilisation de méta-outils CASE permet de développer un environnement ayant une assistance adaptée et suffisamment flexible pour permettre différentes façons de spécifier et différents points de vue et-ou formalismes de représentation sur une spécification. Le prototype développé couple le méta-outil CASE HARDY, qui fournit une interface diagrammatique supportant les étapes du processus de développement, et le générateur de système expert CLIPS qui assure la cohésion globale en terme de guidage et de flexibilité.

Les architectures des systèmes sur puce (System-on-Chip, SoC) actuelles intègrent de nombreux composants différents tels que les processeurs, les accélérateurs, les mémoires et les blocs d'entrée/sortie, certains pouvant contenir des caches. Vu que l'effort de validation basée sur la simulation, actuellement utilisée dans l'industrie, croît de façon exponentielle avec la complexité des SoCs, nous nous intéressons à des techniques de vérification formelle. Nous utilisons la boîte à outils CADP pour développer et valider un modèle formel d'un SoC générique conforme à la spécification AMBA 4 ACE récemment proposée par ARM dans le but de mettre en œuvre la cohérence de cache au niveau système. Nous utilisons une spécification orientée contraintes pour modéliser les exigences générales de cette spécification. Les propriétés du système sont vérifié à la fois sur le modèle avec contraintes et le modèle sans contraintes pour détecter les cas intéressants pour la cohérence de cache. La paramétrisation du modèle proposé a permis de produire l'ensemble complet des contre-exemples qui ne satisfont pas une certaine propriété dans le modèle non contraint. Notre approche améliore les techniques industrielles de vérification basées sur la simulation en deux aspects. D'une part, nous suggérons l'utilisation du modèle formel pour évaluer la bonne construction d'une unité de vérification d'interface. D'autre part, dans l'objectif de générer des cas de test semi-dirigés intelligents à partir des propriétés de logique temporelle, nous proposons une approche en deux étapes. La première étape consiste à générer des cas de tests abstraits au niveau système en utilisant des outils de test basé sur modèle de la boîte à outils CADP. La seconde étape consiste à affiner ces tests en cas de tests concrets au niveau de l'interface qui peuvent être exécutés en RTL grâce aux services d'un outil commercial de génération de tests dirigés par les mesures de couverture. Nous avons constaté que notre approche participe dans la transition entre la vérification du niveau interface, classiquement pratiquée dans l'industrie du matériel, et la vérification au niveau système. Notre approche facilite aussi la validation des propriétés globales du système, et permet une détection précoce des bugs, tant dans le SoC que dans les bancs de test commerciales. / State-of-the-art System-on-Chip (SoC) architectures integrate many different components, such as processors, accelerators, memories, and I/O blocks. Some of those components, but not all, may have caches. Because the effort of validation with simulation-based techniques, currently used in industry, grows exponentially with the complexity of the SoC, this thesis investigates the use of formal verification techniques in this context. More precisely, we use the CADP toolbox to develop and validate a generic formal model of a heterogeneous cache-coherent SoC compliant with the recent AMBA 4 ACE specification proposed by ARM. We use a constraint-oriented specification style to model the general requirements of the specification. We verify system properties on both the constrained and unconstrained model to detect the cache coherency corner cases. We take advantage of the parametrization of the proposed model to produce a comprehensive set of counterexamples of non-satisfied properties in the unconstrained model. The results of formal verification are then used to improve the industrial simulation-based verification techniques in two aspects. On the one hand, we suggest using the formal model to assess the sanity of an interface verification unit. On the other hand, in order to generate clever semi-directed test cases from temporal logic properties, we propose a two-step approach. One step consists in generating system-level abstract test cases using model-based testing tools of the CADP toolbox. The other step consists in refining those tests into interface-level concrete test cases that can be executed at RTL level with a commercial Coverage-Directed Test Generation tool. We found that our approach helps in the transition between interface-level and system-level verification, facilitates the validation of system-level properties, and enables early detection of bugs in both the SoC and the commercial test-bench.

Avec la plupart des méthodes formelles, un premier modèle peut être raffiné formellement en plusieurs étapes, jusqu'à ce que le raffinement final contienne assez de détails pour une implémentation. Ce premier modèle est généralement construit à partir de la description des besoins obtenue dans la phase d'analyse des exigences. Cette transition de la phase des exigences à la phase de spécification formelle est l'une des étapes les plus délicates dans la chaîne de développement formel. En fait, la construction de ce modèle initial exige un niveau élevé de compétence et beaucoup de pratique, d'autant qu'il n'existe pas de processus bien défini pour aider les concepteurs. Parallèlement à ce problème, il s'avère également que les exigences non-fonctionnelles sont largement marginalisées dans le processus de développement logiciel. Les pratiques industrielles actuelles consistent généralement à spécifier seulement les exigences fonctionnelles durant les premières phases de ce processus et à laisser la prise en compte des exigences non-fonctionnelles au niveau de l'implémentation. Pour surmonter ces problèmes, la thèse vise à définir un couplage entre un modèle d'exigences exprimé en SysML/KAOS et des spécifications formelles abstraites, tout en garantissant une distinction entre les exigences fonctionnelles et non-fonctionnelles dès la phase d'analyse des exigences. Pour cela, la thèse propose tout d'abord deux approches différentes (l'une dédiée au B classique et l'autre à Event-B) dans lesquelles des modèles formels abstraits sont construits progressivement à partir du modèle de buts fonctionnels SysML/KAOS. La thèse se focalise par la suite sur l'approche dédiée à Event-B afin de la compléter et l'enrichir en se servant de deux autres modèles SysML/KAOS qui décrivent les buts non-fonctionnels et leurs impacts sur les buts fonctionnels. Nous présentons différentes manières permettant d'injecter ces buts non-fonctionnels et leurs impacts dans les modèles abstraits Event-B déjà obtenus. Des liens de correspondance entre les buts non-fonctionnels et les différents éléments Event-B sont également établis afin de faciliter la gestion de l'évolution de ces buts. Les différentes approches proposées dans cette thèse ont été appliquées pour la spécification du composant de localisation qui est une partie critique d'un système de transport terrestre. L'approche dédiée à Event-B est implémentée dans l'outil SysKAOS2EventB, permettant ainsi de générer une architecture de raffinement Event-B à partir d'un modèle de buts fonctionnels SysML/KAOS. Cette mise en œuvre s'appuie principalement sur les technologies de transformation de modèles à modèles / With most of formal methods, an initial formal model can be refined in multiple steps, until the final refinement contains enough details for an implementation. Most of the time, this initial model is built from the description obtained by the requirements analysis. Unfortunately, this transition from the requirements phase to the formal specification phase is one of the most painful steps in the formal development chain. In fact, building this initial model requires a high level of competence and a lot of practice, especially as there is no well-defined process to assist designers. Parallel to this problem, it appears that non-functional requirements are largely marginalized in the software development process. The current industrial practices consist generally in specifying only functional requirements during the first levels of this process and in leaving the consideration of non-functional requirements in the implementation level. To overcome these problems, this thesis aims to define a coupling between a requirement model expressed in SysML/KAOS and an abstract formal specification, while ensuring a distinction between functional and non-functional requirements from the requirements analysis phase. For that purpose, this thesis proposes firstly two different approaches (one dedicated to the classical B and the other to Event-B) in which abstract formal models are built incrementally from the SysML/KAOS functional goal model. Afterwards, the thesis focuses on the approach dedicated to Event-B in order to complete it and enrich it by using the two other SysML/KAOS models describing the non-functional goals and their impact on functional goals. We present different ways to inject these non-functional goals and their impact into the obtained abstract Event-B models. Links of correspondance between the non-functional goals and the different Event-B elements are also defined in order to improve the management of the evolution of these goals. The different approaches proposed in this thesis have been applied to the specification of a localization component which is a critical part of a land transportation system. The approach dedicated to Event-B is implemented in the SysKAOS2EventB tool, allowing hence the generation of an Event-B refinement architecture from a SysML/KAOS functional goal model. This implementation is mainly based on the model-to-model transformation technologies

Dans cette thèse nous proposons un modèle temporel dans le cadre des machines à états abstraits (ASM). Une extension du langage de spécification ASM est développé qui correspond à ce modéle temporel pour le temps continu. L'extension du langage avec des constructions de temps permet de diminuer la taille de la spécification et donc de réduire la probabilité d'erreurs. La sémantique de l'extension du langage ASM est fournie et prend en compte les définitions des fonctions externes, les valeurs des délais et les choix de résolution des non-déterminismes. Un sous-système de vérification des propriétés exprimées en logique FOTL (FirstOrder Timed Logic) est développé. Un simulateur d'ASMs temporisées est développé et implémenté, il comprend un analyseur syntaxique, un interprète du langage, un sous-système de vérification des propriétés ainsi qu'une interface graphique / In this thesis a temporal model for abstract state machines (ASM) method is pro- posed. An extension of ASM specification language on the base of the proposed temporal model with continuous time is developed. The language extension helps to reduce the size of the specification hence to diminish the probability of an error. The semantics of the extended ASM language is developed which takes into account the definitions of external functions, the values of time delays and the method of non-determinism resolving. A subsystem for verification of user properties in the FOTL language is developed. A simulator prototype for ASMs with time is developed and implemented. It includes the parser of the timed ASM language, the interpreter, the verification subsystem and the graphical user interface