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Vérification formelle

1980
  • Edmund M. Clarke
  • E. Allen Emerson
  • Joseph Sifakis
Ingénieur informaticien examinant un modèle de vérification formelle dans son bureau.

La vérification formelle est l'utilisation de méthodes mathématiques pour prouver ou réfuter l'exactitude de la conception d'un système par rapport à une spécification formelle. Contrairement aux tests, qui ne peuvent montrer la présence de bogues que pour des entrées spécifiques, la vérification formelle peut prouver leur absence pour toutes les entrées possibles. Elle implique la création d'un modèle formel du système et l'utilisation de techniques telles que le model checking ou le theorem proving.

Formel vérification fournit le plus haut niveau d'assurance quant à l'exactitude du système. Le processus commence par la création d'un modèle formel du système à l'aide d'un langage mathématique, tel que la logique temporelle ou l'algèbre de processus. Un ensemble de propriétés, dérivé des exigences du système, est également exprimé dans un langage formel. Le processus de vérification utilise ensuite des outils automatisés pour explorer systématiquement tous les états possibles du modèle afin de déterminer si les propriétés spécifiées se vérifient.

Deux techniques principales sont utilisées : le model checking et le theorem proving. Le model checking est une technique automatisée qui explore l'ensemble de l'espace d'états d'un modèle à états finis. Si une propriété n'est pas respectée, le vérificateur de modèle produit un contre-exemple, c'est-à-dire une trace d'exécution spécifique qui démontre l'échec. Cette méthode est très efficace, mais peut souffrir du problème de "l'explosion de l'espace d'état" pour les systèmes très complexes. La preuve par théorème consiste à représenter le système et ses propriétés sous forme de formules logiques (théorèmes) et à utiliser des prouveurs automatisés ou interactifs pour construire une preuve formelle de l'exactitude du système. Cette approche permet de traiter des systèmes à états infinis, mais nécessite souvent un effort manuel important de la part des experts.

Bien qu'elle soit coûteuse en termes de calcul et qu'elle nécessite une expertise spécialisée, la vérification formelle est indispensable pour les systèmes critiques en termes de sécurité ou de sûreté, où le coût d'une défaillance est extrêmement élevé. Elle a été appliquée avec succès pour vérifier l'exactitude des unités à virgule flottante de l'unité centrale, communication les protocoles et les systèmes de contrôle pour lesquels des essais exhaustifs sont impossibles.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Informatique

Type

Logiciel/Algorithme

Perturbation

Fondamentaux

Utilisation

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • logique propositionnelle et logique des prédicats
  • automates théorie
  • calcul lambda
  • la sémantique des programmes (par exemple, la logique de Hoare)
  • la théorie de la complexité informatique

Applications

  • conception de microprocesseurs (par exemple, correction du bogue de l'intel pentium fdiv)
  • avionique logiciel (par exemple, les systèmes à commandes de vol électriques)
  • l'analyse des protocoles cryptographiques
  • systèmes de signalisation ferroviaire
  • pilotes logiciels pour les systèmes d'exploitation critiques

Brevets :

NA

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