Runtime Enforcement of (Timed) Properties with Uncontrollable Events

par Matthieu Renard

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Mohamed Mosbah et de Antoine Rollet.

Soutenue le 11-12-2017

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire bordelais de recherche en informatique (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jérôme Leroux.

Le jury était composé de Pascale Le Gall, Yliès Carlo Falcone, Olivier Henri Roux.

Les rapporteurs étaient Pascale Le Gall, Fatiha Zaïdi.

  • Titre traduit

    Enforcement à l’exécution de propriétés temporisées régulières en présence d’évènements incontrôlables


  • Résumé

    Cette thèse étudie l’enforcement de propriétés temporisées à l’exécution en présence d’évènements incontrôlables. Les travaux se placent dans le cadre plus général de la vérification à l’exécution qui vise à surveiller l’exécution d’un système afin de s’assurer qu’elle respecte certaines propriétés. Ces propriétés peuvent être spécifiées à l’aide de formules logiques, ou au moyen d’autres modèles formels, parfois équivalents, comme des automates. Nous nous intéressons à l’enforcement à l’exécution de propriétés spécifiées par des automates temporisés. Tout comme la vérification à l’exécution, l’enforcement à l’exécution surveille l’exécution d’un système, la différence étant qu’un mécanisme d’enforcement réalise certaines modifications sur l’exécution afin de la contraindre à satisfaire la propriété souhaitée. Nous étudions plus particulièrement l’enforcement à l’exécution lorsque certains évènements de l’exécution sont incontrôlables, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas être modifiés par un mécanisme d’enforcement. Nous définissons des algorithmes de synthèse de mécanismes d’enforcement décrits de manières fonctionnelle puis opérationnelle, à partir de propriétés temporisées régulières (pouvant être représentées par des automates temporisés). Ainsi, deux mécanismes d’enforcement équivalents sont définis, le premier présentant une approche correcte sans considération d’implémentation, alors que le second utilise une approche basée sur la théorie des jeux permettant de précalculer certains comportements, ce qui permet de meilleures performances. Une implémentation utilisant ce précalcul est également présentée et évaluée. Les résultats sont encourageant quant à la faisabilité de l’enforcement à l’exécution en temps réel, avec des temps supplémentaires suffisamment courts sur de petites propriétés pour permettre une utilisation de tels systèmes.


  • Résumé

    This thesis studies the runtime enforcement of timed properties when some events are uncontrollable. This work falls in the domain of runtime verification, which includes all the techniques and tools based on or related to the monitoring of system executions with respect to requirement properties. These properties can be specified using different models such as logic formulae or automata. We consider timed regular properties, that can be represented by timed automata. As for runtime verification, a runtime enforcement mechanism watches the executions of a system, but instead of just outputting a verdict, it modifies the execution so that it satisfies the property. We are interested in runtime enforcement with uncontrollable events. An uncontrollable event is an event that an enforcement mechanism can not modify. We describe the synthesis of enforcement mechanisms, in both a functional and an operational way, that enforce some desired timed regular property. We define two equivalent enforcement mechanisms, the first one being simple, without considering complexity aspects, whereas the second one has a better time complexity thanks to the use of game theory; the latter being better suited for implementation. We also detail a tool that implements the second enforcement mechanism, as well as some performance considerations. The overhead introduced by the use of our tool seems low enough to be used in some real-time application scenarios.


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