Sur la théorie et l'application des automates paramétrés temporisés avec mises à jour

On the theory and practice of updatable parametric timed automata

• Auteur / Autrice : Mathias Ramparison
• Direction : Étienne André, Didier Lime
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/09/2019
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire informatique de Paris-Nord (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Laure Petrucci
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Bérard, Frédéric Herbreteau, Christophe Fouqueré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Bouyer-Decitre, Jaco Van de Pol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décidabilité (logique mathématique)

Automates programmables

Automates temporisés

Mots clés libres

Synthèse de paramètre

Arbres d'attaque et de défaillance

Parameter synthesis

Attack-fault trees

Résumé

A mesure que les systèmes cyber-physiques deviennent de plus en plus complexes,le débogage humain ne suffit plus pour analyser le grand nombre de comportements possibles. Pour les systèmes critiques coûteux où des vies humaines peuvent être mise sen danger, il est encore plus crucial de prouver formellement la sécurité d'un système.Pour ce faire, on définit une spécification formelle pour le système, puis on vérifie algorithmiquement que le système satisfait à certaines propriétés spécifiées de manière formelle. Avec cette description précise et exhaustive d'un système, le ou habituel du langage humain est éliminé. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la vérification des systèmes concurrents temporisés. Les systèmes dépendant du temps sont très difficiles à vérifier, en particulier lorsque la valeur exacte des constantes de synchronisation reste inconnue. Ces constantes de synchronisation inconnues sont appelées paramètres.Nous étudions plusieurs sous-classes d'une extension paramétrique d'un formalisme bien connu, les automates temporisés. Nous nous concentrons principalement sur le problème de décision de l'accessibilité, qui pose la question de l'existence de valeurs concrètes pour ces paramètres telles qu'un état de bogue peut être atteint dans le système. Nous abordons en outre pour ces sous-classes un problème de calcul consistant à synthétiser l'ensemble des valeurs de paramètres pour lesquelles un état est accessible.Enfin, nous appliquons nos travaux à la sécurité des infrastructures et des systèmes cyber-physiques : nous étendons avec des paramètres un formalisme classique pour modéliser des scénarios d'attaque et de défaillance, appelés arbres de défaillance et d'attaque, et proposons une implémentation de la traduction d'arbres de défaillance et d'attaque paramétriques en automates paramétrés temporisés. Cela nous permet de tirer parti des techniques et des outils de vérification disponibles pour ce formalisme pour l'analyse des arbres de défaillance et d'attaque (paramétriques).

As cyber-physical systems become more and more complex, human debugging is not sufficient anymore to cover the huge range of possible behaviours. For costly critical systems where human lives can be endangered, formally proving the safety of a systemis even more crucial. This is done by defining a formal specification for the system, and then performing the algorithmic verification that the system satisfies some formally specified properties. With this precise and exhaustive description of a system, the usual vagueness of human language is eliminated. In this thesis, we focus on the verification of timed concurrent systems. Time-dependent systems are very hard toverify, especially when the exact value of timing constants remains unknown. Theseunknown timing constants are called parameters. We study several subclasses of aparametric extension of the well-known formalism called Timed Automata. We mainly focus on the reachability decision problem, that asks whether there exists concrete values for these parameters such that a bug state can be reached in the system. We further address for these subclasses a computation problem that is to synthesise the set of parameter values for which a state is reachable. Finally, we apply our work to the security and safety of cyber-physical systems and infrastructure : we extend with parameters a classic formalism to model attack and failure scenarios called attack-fault trees, and propose an implementation of the translation of parametric attack-fault trees to parametric timed automata. This allows us to leverage the verification techniques and tools available for the latter for the analysis of (parametric) attack-fault trees.