Improving the model checking of stutter-invariant LTL properties

par Ala Eddine Ben Salem

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Fabrice Kordon.

Le jury était composé de Radu Mateescu, Stefan Schwoon, Béatrice Berard, Didier Buchs, Alexandre Duret-Lutz.

  • Titre traduit

    Amélioration du model checking des propriétés LTL insensibles au bégaiement


  • Résumé

    Les systèmes logiciels sont devenus omniprésents se substituant à l'homme pour des tâches délicates, souvent critiques, mettant en jeu des coûts importants voire des vies humaines. Les conséquences des défaillances imposent la recherche de méthodes rigoureuses pour la validation. L'approche par automates du model-checking est la plus classique des approches de vérification automatique. Elle prend en entrée un modèle du système et une propriété, et permet de savoir si cette dernière est vérifiée. Pour cela un model-checker traduit la négation de la propriété en un automate et vérifie si le produit du système et de cet automate est vide. Hélas, bien qu'automatique, cette approche souffre d'une explosion combinatoire du nombre d'états du produit.Afin de combattre ce problème, en particulier lors de la vérification des propriétés insensibles au bégaiement, nous proposons la première évaluation d'automates testeur (TA) sur des modèles réalistes, une amélioration de l'algorithme de vérification pour ces automates et une méthode permettant de transformer un TA en un automate (STA) permettant une vérification en une seule passe.Nous proposons aussi une nouvelle classe d'automates: les TGTA. Ces automates permettent une vérification en une seule passe sans ajouter d'états artificiels. Cette classe combine les avantages des TA et des TGBA (automates de Büchi). Les TGTA permettent d'améliorer les approches explicite et symbolique de model-checking. Notamment, en combinant les TGTA avec la saturation, les performances de l'approche symbolique sont améliorées d'un ordre de grandeur par rapport aux TGBA.


  • Résumé

    Software systems have become ubiquitous in our everyday life. They replace humans for critical tasks that involve high costs and even human lives. The serious consequences caused by the failure of such systems make crucial the use of rigorous methods for system validation. One of the widely-used formal verification methods is the automata-theoretic approach to model checking. It takes as input a model of the system and a property, and answers if the model satisfies or not the property. To achieve this goal, it translates the negation of the property in an automaton and checks whether the product of the model and this automaton is empty. Although it is automatic, this approach suffers from the combinatorial explosion of the resulting product. To tackle this problem, especially when checking stutter-invariant LTL properties, we firstly improve the two-pass verification algorithm of Testing automata (TA), then we propose a transformation of TA into a normal form (STA) that only requires a single-pass verification algorithm.
 We also propose a new type of automata: the TGTA. These automata also enable a check in a single-pass and without adding artificial states : it combines the benefits of TA and generalized Büchi automata (TGBA). TGTA improve the explicit and symbolic model checking approaches. In particular, by combining TGTA with the saturation technique, the performances of the symbolic approach has been improved by an order of magnitude compared to TGBA. Used in hybrid approaches TGTA prove complementary to TGBA.
 All the contributions of this work have been implemented in SPOT and LTS-ITS, respectively, an explicit and a symbolic open source model-checking libraries.


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