Exploiting Model Structure in CEGAR Verification Method
Résumé
Software is now a key component of majority of devices and it is responsible for their safety and reliability. By safety we mean that the system must ensure that ''bad things never happen''. This type of property can be seen as a reachability problem: to prove the property, it suffices to prove that states designated as ''bad'' cannot be reached. This is particularly important for critical systems: systems whose failure can jeopardize human life, or economic liability. We present two verifcation methods for AltaRicas models. First, a CEGAR algorithm that prunes away abstract states and therefore uses an underapproximation of the system state space is proposed. The use of our underapproximation of the abstract state space allow us to accelerate the algorithm. With our framework, we can pinpoint obvious feasible counterexamples, use reductions techniques to discard useless abstract states, minimize the cost of counterexample analysis, and guide the exploration of the abstraction towards counterexamples that are more likely to be feasible. We have implemented this framework in the model checker Mec~5, and experimental results confirmed the expected improvements. We also propose a CEGAR algorithm for a subset of the AltaRica language: we consider the situation where we want to apply CEGAR algorithm to a hierarchical transition system. We want to do this without calculating the semantics of the hierarchical system. We propose to use hierarchical abstractions where each component is abstracted independently despite the presence of priorities in the model. This has three advantages: an abstraction is represented in a succinct way, it is easy to verify if an abstract path is spurious, the abstraction reflects the logical structure of the system. Finally, we present the implementation our prunning algorithm in Mec 5. Benchmarks on a set of academic models, and on a large industrial case study illustrate the expected gain of our algorithm.
Les logiciels sont désormais un des composants essentiels des équipements modernes. Ils sont responsables de leur sûreté et fiabilité. Par sûreté, nous entendons que le système garantit que ''rien de dangereux n'arrive jamais''. Ce type de propriété peut se réduire à un problème d'accessibilité: pour démontrer la propriété il suffit de démontrer qu'un ensemble d'états ''dangereux'' ne sont pas atteignables. Ceci est particulièrement important pour les systèmes critiques: les systèmes dont une défaillance peut mettre en jeu des vies humaines ou l'économie d'une entreprise. Afin de garantir un niveau de confiance suffisant dans nos équipements modernes, un grand nombre de méthodes de vérification ont étaient proposées. Ici nous nous intéressons au model checking: une méthode formelle de vérification de système. L'utilisation de méthodes de model checking et de model checker permet d'améliorer les analyses de sécurité des systèmes critiques, car elles permettent de garantir l'absence de bug vis-à-vis des propriétés spécifiées. De plus, le model checking est une méthode automatique, ceci permet à des utilisateurs non-spécialistes d'utiliser ces outils. Ceci permet l'utilisation de cette méthode à une grande communauté d'utilisateur dans différents contextes industriels. Mais le problème de l'explosion combinatoire de l'espace des états reste une difficulté qui limite l'utilisation de cette méthode dans un contexte industriel. Nous présentons deux méthodes de vérification de modèle AltaRica. La première méthode présente un algorithme CEGAR qui élague des états de l'abstraction, ce qui permet d'utiliser une sous-approximation de l'espace des états d'un système. Grâce à l'utilisation de cette sous-approximation, nous pouvons détecter des contre-exemples simples, utiliser des méthodes de réduction pour éliminer des états abstraits, ce qui nous permet de minimiser le coût de l'analyse des contre-exemples, et guider l'exploration de l'abstraction vers des contre-exemples qui sont plus pertinents. Nous avons développé cet algorithme dans le model checker Mec 5, et les expérimentations réalisées ont confirmé les améliorations attendues.
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