Nous étudions des classes d'automates à états finis calculant sur les arbres, étendus par des contraintes permettant de tester des égalités et diségalités entre sous-arbres. Nous nous concentrons sur des automates d'arbres à contraintes globales où les tests sont opérés en fonction des états que l'automate atteint lors de ses calculs. De tels automates ont été introduit dans le cadre de travaux sur les documents semi-structurés. Nous procédons ici à une comparaison détaillée en expressivité entre ces automates et d'autres modèles permettant de réaliser des tests similaires, comme les automates à contraintes entre frères ou les automates d'arbres avec une mémoire auxiliaire. Nous montrons comment de tels automates peuvent être utilisés pour vérifier des propriétés de sécurité sur les protocoles cryptographiques. Les automates d'arbres ont déjà été utilisés pour modéliser les messages échangés lors d'une session d'un protocole. En ajoutant des contraintes d'égalité, nous pouvons décrire précisement des sessions qui utilisent à plusieurs reprises un même message, évitant ainsi une approximation trop grande. Nous répondons ensuite positivement au problème de la décision du vide des langages reconnus par les automates à contraintes globales. En montrant que leur expressivité est très proche de celle des automates opérant sur des représentations de termes par des graphes orientés acycliques, nous en déduisons une procédure de décision du vide en temps non-déterministe doublement exponentiel. Finalement, nous étudions le problème de la décision du vide pour des automates à contraintes globales pour lesquels on autorise des contraintes dites de clé, exprimant intuitivement que tous les sous arbres d'un certain type dans un arbre en entrée sont distincts deux à deux. Le type des clés est classiquement utilisé pour représenter un identifiant unique, comme un numéro de sécurité sociale.Nous décrivons alors une procédure de décision du vide de complexité non-élementaire. Nous montrons que cette procédure est très robuste, et qu'il est possible d'étendre les automates avec des contraintes supplémentaires, comme des contraintes de comptage ou des tests locaux, tout en préservant la décidabilité du vide. / We study here several classes of finite state automata running on trees, extended with constraints that allow to test for equalities or disequalities between subterms. We focus on tree automata with global constraints where the tests are done depending on the states reached by the automaton on its runs. Such automata were introduced in studies on semi-structured documents. We do here a detailed comparison between those automata and other models that allow to operate similar tests, like tree automata with constraints between brothers, or tree automata with an auxiliary memory. We show how such automata may be used to verify security properties on cryptographic protocols. Tree automata have already been used to modelize the messages exchanged during a protocol session. By adding equality constraints, we can describe precisely protocol sessions that use a same message several times, hence avoiding an approximation. Then, we answer positively the decision problem of the emptiness of the languages recognized by tree automata with global constraints. By showing that their expressivity is very close from the one of the automata operating on directed acyclic graphs representations of terms, we infer an emptiness decision procedure in double exponential non-deterministic time. Finally, we study the emptiness decision problem for automata with global constraints where we authorize "key constraints", that intuitively allow that all subtrees of a given type in an input tree are distincts. We give an emptiness decision procedure of non-primitive recursive complexity. Key constraints are classicaly used to represent a unique identifier. We describe a non-primitive recusrive emptiness decision procedure. We show that this procedure is very robust and that it allows to extend the automata with additionnal constraints, like counting constraints or local tests, while preserving decidability.

In this thesis we study the concept of well quasi-order, originally developed in order theory but nowadays transversal to many areas, in the over-all context of proof theory - more precisely, in reverse mathematics and constructive mathematics. Reversed mathematics, proposed by Harvey Friedman, aims to classify the strength of mathematical theorems by identifying the required axioms. In this framework, we focus on two classical results relative to well quasi-orders: Kruskal’s theorem and Higman’s lemma. Concerning the former, we compute the proof-theoretic ordinals of two different versions establishing their non equivalence. Regarding the latter, we study, over the base theory RCA0, the relations between Higman’s original achievements and some versions of Kruskal’s theorem. For what concerns constructive mathematics, which goes back to Brouwer’s reflections and rejects the law of excluded middle in favour of more perspicuous reasoning principles, we scrutinize the main definitions of well quasi-order establishing their constructive nature; moreover, a new constructive proof of Higman’s lemma is proposed paving the way for a systematic analysis of well quasi-orders within constructive means. On top of all this we consider a peculiar phenomenon in proof theory, namely phase transitions in provability. Building upon previous results about provability in Peano Arithmetic, we locate the threshold separating provability and unprovability for statements regarding Goodstein sequences, Hydra games and Ackermannian functions. / In questa tesi studiamo il concetto di well quasi-order, originariamente sviluppato nella teoria degli ordini ma oggi trasversale a molti ambiti, nel contesto generale della teoria della dimostrazione - più precisamente, in reverse mathematics e matematica costruttiva. La reverse mathematics, proposta da Harvey Friedman, mira a classificare la forza dei teoremi matematici individuando gli assiomi richiesti. In questo contesto, ci concentriamo su due risultati classici relativi ai well quasiorder: il teorema di Kruskal e il lemma di Higman. Per quanto riguarda il primo, abbiamo calcolato gli ordinali proof-teoretici di due diverse versioni stabilendone la non equivalenza. Per quanto riguarda il secondo, studiamo, sopra la teoria di base RCA0, le relazioni tra i risultati originali di Higman e alcuni versioni del teorema di Kruskal. Per quanto riguarda la matematica costruttiva, che si rifà alle riflessioni di Brouwer e rifiuta la legge del terzo escluso a favore di principidi ragionamento più perspicui, esaminiamo attentamente le principali definizioni di well quasi-order stabilendone la natura costruttiva; inoltre, viene proposta una nuova dimostrazione costruttiva del lemma di Higman aprendo la strada per una sistematica analisi dei well quasi-order all’interno di metodi costruttivi. Oltre a questo consideriamo un fenomeno peculiare nella teoria della dimostrazione, vale a dire le transizioni di fase nella dimostrabilità. Basandoci su risultati precedenti sulla dimostrabilità nell’aritmetica di Peano, abbiamo individuato la soglia che separa dimostrabilità e indimostrabilità per enunciati riguardanti sequenze di Goodstein, Hydra games e funzioni ackermanniane.

Ces cinquante dernières annéees, les ordinateurs ont occupé une place toujours plus importante dans notre vie quotidienne. On les retrouve aujourd’hui présents dans de nombreuses applications, sous forme de systèmes enfouis. Ces applications sont parfois critiques, dans la mesure où toute défaillance du système informatique peut avoir des conséquences catastrophiques, tant sur le plan humain que sur le plan économique. Nous pensons par exemple aux systèmes informatiques qui contrôlent les appareils médicaux ou certains systèmes vitaux (comme les freins) des véhicules automobiles. Afin d’assurer la correction de ces systèmes informatiques, différentes techniques de vérification Assistée par Ordinateur ont été proposées, durant les trois dernières décennies principalement. Ces techniques reposent sur un principe commun: donner une description formelle tant du système que de la propriété qu’il doit respecter, et appliquer une méthode automatique pour prouver que le système respecte la propriété. Parmi les principaux modèles aptes à décrire formellement des systèmes informatiques, la classe des systèmes de transition bien structurés [ACJT96, FS01] occupe une place importante, et ce, pour deux raisons essentielles. Tout d’abord, cette classe généralise plusieurs autres classes bien étudiées et utiles de modèles à espace d’états infini, comme les réseaux de Petri [Pet62](et leurs extensions monotones [Cia94, FGRVB06]) ou les systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes [AJ93]. Ensuite, des problèmes intéressants peuvent être résolus algorithmiquement sur cette classe. Parmi ces problèmes, on trouve le probléme de couverture, auquel certaines propriétés intéressantes de sûreté peuvent être réduites. Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons au problème de couverture. Jusqu’à présent, le seul algorithme général (c’est-à-dire applicable à n’importe quel système bien structuré) pour résoudre ce problème était un algorithme dit en arrière [ACJT96] car il calcule itérativement tous les états potentiellement non-sûrs et vérifie si l’état initial du système en fait partie. Nous proposons Expand, Enlarge and Check, le premier algorithme en avant pour résoudre le problème de couverture, qui calcule les états potentiellement accessibles du système et vérifie si certains d’entre eux sont non-sûrs. Cette approche est plus efficace en pratique, comme le montrent nos expériences. Nous présentons également des techniques permettant d’accroître l’efficacité de notre méthode dans le cas où nous analysons des réseaux de Petri (ou une de leurs extensions monotones), ou bien des systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes. Enfin, nous nous intéressons au calcul de l’ensemble de couverture pour les réseaux de Petri, un objet mathématique permettant notamment de résoudre le problème de couverture. Nous étudions l’algorithme de Karp & Miller [KM69], une solution classique pour calculer cet ensemble. Nous montrons qu’une optimisation de cet algorithme présenté dans [Fin91] est fausse, et nous proposons une autre solution totalement neuve, et plus efficace que la solution de Karp & Miller. Dans la seconde partie de la thèse, nous nous intéressons aux pouvoirs d’expression des systèmes bien structurés, tant en terme de mots infinis que de mots finis. Le pouvoir d’expression d’une classe de systèmes est, en quelque sorte, une mesure de la diversité des comportements que les modèles de cette classe peuvent représenter. En ce qui concerne les mots infinis, nous étudions les pouvoirs d’expression des réseaux de Petri et de deux de leurs extensions (les réseaux de Petri avec arcs non-bloquants et les réseaux de Petri avec arcs de transfert). Nous montrons qu’il existe une hiérarchie stricte entre ces différents pouvoirs d’expression. Nous obtenons également des résultats partiels concernant le pouvoir d’expression des réseaux de Petri avec arcs de réinitialisation. En ce qui concerne les mots finis, nous introduisons la classe des langages bien structurés, qui sont des langages acceptés par des systèmes de transition bien structurés étiquettés, où l’ensemble des états accepteurs est clos par le haut. Nous prouvons trois lemmes de pompage concernant ces langages. Ceux-ci nous permettent de réobtenir facilement des résultats classiques de la littérature, ainsi que plusieurs nouveaux résultats. En particulier, nous prouvons, comme dans le cas des mots infinis, qu’il existe une hiérarchie stricte entre les pouvoirs d’expression des extensions des réseaux de Petri considérées.

No description available.

Ces cinquante dernières annéees, les ordinateurs ont occupé une place toujours plus importante dans notre vie quotidienne. On les retrouve aujourd’hui présents dans de nombreuses applications, sous forme de systèmes enfouis. Ces applications sont parfois critiques, dans la mesure où toute défaillance du système informatique peut avoir des conséquences catastrophiques, tant sur le plan humain que sur le plan économique. <p>Nous pensons par exemple aux systèmes informatiques qui contrôlent les appareils médicaux ou certains systèmes vitaux (comme les freins) des véhicules automobiles. <p>Afin d’assurer la correction de ces systèmes informatiques, différentes techniques de vérification Assistée par Ordinateur ont été proposées, durant les trois dernières <p>décennies principalement. Ces techniques reposent sur un principe commun: donner une description formelle tant du système que de la propriété qu’il doit respecter, et appliquer une méthode automatique pour prouver que le système respecte la propriété. <p>Parmi les principaux modèles aptes à décrire formellement des systèmes informatiques, la classe des systèmes de transition bien structurés [ACJT96, FS01] occupe une place importante, et ce, pour deux raisons essentielles. Tout d’abord, cette classe généralise plusieurs autres classes bien étudiées et utiles de modèles à espace <p>d’états infini, comme les réseaux de Petri [Pet62](et leurs extensions monotones [Cia94, FGRVB06]) ou les systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes [AJ93]. Ensuite, des problèmes intéressants peuvent être résolus algorithmiquement sur cette classe. Parmi ces problèmes, on trouve le probléme de couverture, auquel certaines propriétés intéressantes de sûreté peuvent être réduites. <p>Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons au problème de couverture. Jusqu’à présent, le seul algorithme général (c’est-à-dire applicable à n’importe quel système bien structuré) pour résoudre ce problème était un algorithme dit en arrière [ACJT96] car il calcule itérativement tous les états potentiellement non-sûrs et vérifie si l’état initial du système en fait partie. Nous proposons Expand, Enlarge and Check, le premier algorithme en avant pour résoudre le problème de couverture, qui calcule les états potentiellement accessibles du système et vérifie si certains d’entre eux sont non-sûrs. Cette approche est plus efficace en pratique, comme le montrent nos expériences. Nous présentons également des techniques permettant d’accroître l’efficacité de notre méthode dans le cas où nous analysons des réseaux de Petri (ou <p>une de leurs extensions monotones), ou bien des systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes. Enfin, nous nous intéressons au calcul de l’ensemble de couverture pour les réseaux de Petri, un objet mathématique permettant notamment de résoudre le problème de couverture. Nous étudions l’algorithme de Karp & Miller [KM69], une solution classique pour calculer cet ensemble. Nous montrons qu’une optimisation de cet algorithme présenté dans [Fin91] est fausse, et nous proposons une autre solution totalement neuve, et plus efficace que la solution de Karp & Miller. <p>Dans la seconde partie de la thèse, nous nous intéressons aux pouvoirs d’expression des systèmes bien structurés, tant en terme de mots infinis que de mots finis. Le pouvoir d’expression d’une classe de systèmes est, en quelque sorte, une mesure de la diversité des comportements que les modèles de cette classe peuvent représenter. En ce qui concerne les mots infinis, nous étudions les pouvoirs d’expression des réseaux de Petri et de deux de leurs extensions (les réseaux de Petri avec arcs non-bloquants et les réseaux de Petri avec arcs de transfert). Nous montrons qu’il existe une hiérarchie stricte entre ces différents pouvoirs d’expression. Nous obtenons également des résultats partiels concernant le pouvoir d’expression des réseaux de Petri avec arcs de réinitialisation. En ce qui concerne les mots finis, nous introduisons la classe des langages bien structurés, qui sont des langages acceptés par des systèmes de transition bien structurés étiquettés, où l’ensemble des états accepteurs est clos par le haut. Nous prouvons trois lemmes de pompage concernant ces langages. Ceux-ci nous permettent de réobtenir facilement des résultats classiques de la littérature, ainsi que plusieurs nouveaux résultats. En particulier, nous prouvons, comme dans le cas des mots infinis, qu’il existe une hiérarchie stricte entre les pouvoirs d’expression des extensions des réseaux de Petri considérées. / Doctorat en sciences, Spécialisation Informatique / info:eu-repo/semantics/nonPublished