Contributions à la vérification et à la validation efficaces fondées sur des modèles

contributions to efficient model-based verificarion and validation

• Auteur / Autrice : Alois Dreyfus
• Direction : Pierre-Cyrille Héam, Olga Kouchnarenko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 22/10/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies / FEMTO-ST
• Jury : Président / Présidente : Jacques Julliand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Cyrille Héam, Olga Kouchnarenko, Jacques Julliand, Ioannis Parissis, Pierre Réty, Pascal Poizat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ioannis Parissis, Pierre Réty

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes d'approximation

Check-lists

Mots clés libres

Model-cheking régulier

Approximation

Modèles algébriques

Génération de tests aléatoire

Critères de couverture

Regular model-checking

Approximations

Context-free models

Rarndom tests generation

Coverage criteria

Résumé

Les travaux de cette thèse contribuent au développement de méthodes automatiques de vérification et de valida-tion de systèmes informatiques, à partir de modèles. Ils sont divisés en deux parties : vérification et générationde tests.Dans la partie vérification, pour le problème du model-checking régulier indécidable en général, deux nouvellestechniques d’approximation sont définies, dans le but de fournir des (semi-)algorithmes efficaces. Des sur-approximations de l’ensemble des états accessibles sont calculées, avec l’objectif d’assurer la terminaison del’exploration de l’espace d’états. Les états accessibles (ou des sur-approximations de cet ensemble d’états)sont représentés par des langages réguliers, ou automates d’états finis. La première technique consiste à sur-approximer l’ensemble des états atteignables en fusionnant des états des automates, en fonction de critèressyntaxiques simples, ou d’une combinaison de ces critères. La seconde technique d’approximation consisteaussi à fusionner des états des automates, mais à l’aide de transducteurs. De plus, pour cette seconde technique,nous développons une nouvelle approche pour raffiner les approximations, qui s’inspire du paradigme CEGAR(CounterExample-Guided Abstraction Refinement). Ces propositions ont été expérimentées sur des exemplesde protocoles d’exclusion mutuelle.Dans la partie génération de tests, une technique qui permet de combiner la génération aléatoire avec un critèrede couverture, à partir de modèles algébriques (des grammaires algébriques, des automates à pile) est définie.Générer les tests à partir de ces modèles algébriques (au lieu de le faire à partir de graphes) permet de réduirele degré d’abstraction du modèle et donc de générer moins de tests qui ne sont pas exécutables dans le systèmeréel. Ces propositions ont été expérimentées sur la grammaire de JSON (JAvaScript Object Notation), ainsi quesur des automates à pile correspondant à des appels de fonctions mutuellement récursives, à une requête XPath,et à l’algorithme Shunting-Yard.

The thesis contributes to development of automatic methods for model-based verification and validation ofcomputer systems. It is divided into two parts: verification and test generation.In the verification part, for the problem of regular model checking undecidable in general, two new approxi-mation techniques are defined in order to provide efficient (semi-)algorithms. Over-approximations of the setof reachable states are computed, with the objective of ensuring the termination of the exploration of the statespace. Reachable states (or over-approximations of this set of states) are represented by regular languages or,equivalently, by finite-state automata. The first technique consists in over-approximating the set of reachablestates by merging states of automata, based on simple syntactic criteria, or on a combination of these criteria.The second approximation technique also merges automata states, by using transducers. For the second tech-nique, we develop a new approach to refine approximations, inspired by the CEGAR paradigm (for Counter-Example-Guided Abstraction Refinement). These proposals have been tested on examples of mutual exclusionprotocols.In the test generation part, a technique that combines the random generation with coverage criteria, fromcontext-free models (context-free grammars, pushdown automata) is defined. Generate tests from these mo-dels (instead of doing from graphs) reduces the model abstraction level, and therefore allows having moretests executable in the real system. These proposals have been tested on the JSON grammar (JavaScript ObjectNotation), as well as on pushdown automata of mutually recursive functions, of an XPath query, and of theShunting-Yard algorithm.