Rapprocher les méthodes formelles, l’analyse statique et les tests

1. Rapprocher les méthodes formelles, l’analyse statique et les tests 04 mai 2010

2. Des logiciels de plus en plus complexes • Limited’uneapproche “tests” seule • Limited’uneapproche “méthodeformelle” • Unification des deuxapproches • Prise en main plus facile des méthodesformelles • Faire collaborer les outils entre eux

3. Le projet Hi-Lite Tests unitaires Combiner tests et preuves Renforcer mutuellementtests et analyse statique Hi-Lite Analyse statique Preuves formelles Faciliter la preuve formelle grâce à l’analyse statique

4. Un projet qui s’appuie sur des outils existants • SPARK : 25 ans • GNAT Pro : 15 ans • CodePeer : 7 ans • Caveat et Frama-C : 10 ans • Why et Alt-Ergo : 10 ans

5. Un projet qui s’appuie sur des outils existants

6. Un language commun d’annotation

7. Tâches, efforts et financement T1 (21 h/m) Management et dissémination T3 (38 h/m) Langages T2 (31 h/m) Spécifications T4 (32 h/m) Traducteurs T5 (69 h/m) Outils d’analyse et de tests T6 (45 h/m) Bibliothèques et IHM T7 (80 h/m) Applications industrielles • Durée : 36 mois • Effort global : 316 h/m (3,9 M€) • Financement : 1,4 M€

8. Caractéristiques du projet Hi-Lite • Faciliter les preuves formelles • Génération automatique d’annotations • Résolution automatique des preuves • Un langage commun d’annotations • Intégration d’outils complexes • Compilateurs + analyseurs + prouveurs + IDEs

9. Caractéristiques du projet Hi-Lite • Convergence des tests et des preuves • Preuves de programmes multi-langages Ada/C • Logiciel libre

10. Présentation des partenaires

12. AdaCore en quelques mots • Créée en 1996 • PME de 25 personnes basée à Paris • Compagnie soeur baséeà New York • Nombreux clients à travers le monde

13. Domaines et clients Domaines d’application Clients • Air traffic control • Avionic (civil & military) • Communications • Electronics • Energy • Financial institutions • Medical imagery • Military (airborne, ground, naval) • Space • Telecom • Television • Transportation • Alenia • Alstom Transport • Airbus • Ansaldo STS • BAe • Boeing • EADS • European Space Agency • Eurocontrol • JEOL • Lockheed Martin • MBDA • NXP • Raytheon • Rockwell Collins • SAAB • General Electric • Thales • Thales Alenia Space • …

14. AdaCore en quelques mots • Editeur d’outils pour développer des logiciels critiques • Applications complexes, larges, à longue durée de vie • GNAT Pro (IDE Ada, C, C++) • CodePeer (outil d’analyse statique de code Ada) • Expertise sur le langage Ada • Ancrée dans le monde du Libre • Tous les logiciels fournis sont libres (GPL) • Participation à plusieurs communautés libres • Expertise sur les modèles économiques du logiciel libre

15. Contributions d’AdaCore • Coordinateur du projet • Définition des langages • Annotations (Alfa) • Extensions de SPARK • Extensions de GNAT • Annotations SPARK • Alfa • Outil de traduction Ada vers SPARK • Sous-ensemble Ada + Annotations -> SPARK

16. Contributions d’AdaCore • Amélioration de l’outil CodePeer • Prises en compte et génération d’annotations Alfa (pre/post conditions, invariants de boucles) • Génération de préconditions plus précises • Ajout de chemin d’exécution dans les messages • Intégration de Hi-Lite dans les IDEs • GPS, GNATbench/Eclipse • Interaction avec l’utilisateur pour la gestion des annotations, visualisation des obligations de preuves. • Utilisation de Hi-Lite sur lui-même

18. Altran Praxis – Qui sommes-nous ? • Centre d’excellence dans les systèmes embarqués et critiques pour Altran Group • 26 années d’expérience dans l’ingéniérie des logiciels sûrs et critiques • Altran Praxis emploie environ 270 personnes • Installé en France, Royaume-Uni et Inde • Centré sur l’ingénierie des systèmes embarqués à logiciel prépondérant avec des contraintes importantes de sûreté, de sécurité ou d’innovation

19. SPARK et Altran Praxis – les origines Début des années 1980 : les outils SPADE sont développés dans un laboratoire de recherche de Southampton University 1983 : création de Praxis plc pour appliquer des principes d’ingéniérie au dévelopement logiciel 1983 : création de Program Validation Limited (PVL) afin de commercialiser les outils SPADE 1987: création de l’équipe Critical Systems à l’intérieur de Praxis 1987: publication de SPARK – the SPADE Ada Kernel (sur la base d’Ada83) 1994 : Praxis Critical Systems acquiert PVL 1997: Altran acquiert Praxis Critical Systems 2009 : lancement de SPARK Pro en partenariat avec AdaCore 2010 : fusion de Praxis HIS et SC2 qui crée Altran Praxis

20. SPARK est… • Un langage de programmation… • Un ensemble d’outils de vérification… • Une méthodologie pour la création de logiciels hautement critiques… • Tout cela à la fois !

21. Le rôle de SPARK dans Hi-Lite

22. L’expertise de Praxis pour Hi-Lite • Gardien officiel du langage SPARK • Expertise unique dans le développement et l’évolution de la technologie SPARK • Très grande expérience dans l’utilisation industrielle et commerciale des outils SPARK dans des projets critiques

23. Les tâches de Praxis dans Hi-Lite • Evolutions du langage SPARK : • Amélioration des techniques de preuve • Support des annotations ALFA • Bibliothèque de conteneurs • Intégration de prouveurs automatiques alternatifs, comme Alt-Ergo, dans SPARK

25. CEA-LIST : La face “C” de Ada

26. CEA-LIST : laboratoire LSL • Laboratoire de Sûreté Logicielle • 3 équipes, ~25 permanents • Partenaires académiques et industriels • Qualification du code embarqé critique • Frama-C :une platte-forme d’analyse de codes C

27. CEA-LIST : preuves en Frama-C • ACSL : spécifications formelles pour C • ACSL : langage mathématique frama-c -jessie-analysis *.c Gwhy / alt-ergo

28. CEA-LIST : Langage E-ACSL • E-ACSL : spécifications exécutables • Vérification dynamique (test) • Spécifier les codes Ada & C

30. Astrium Space Transportation • Business Unit d’Astrium,filiale du groupe EADS • Leader européen du transport spatial • Ariane 5, ATV, M51, …

31. Systèmes visés • Véhicules spatiaux • Systèmes complexes • Temps réel dur • Logiciel critique (ECSS niveau C à A) Augmentation de la complexité et de la criticité dans le futur

32. Technologies utilisées/étudiées à Astrium ST • Modélisation • Opérationnel : Hood, SART, SCADE, SysML • Recherche : Générateur de code SPARK Ada depuis SCADE • Langages de programmation • Opérationnel : Ada 83, C • Recherche : Ada 95/2005, SPARK • Interprétation abstraite • Opérationnel : Polyspace Verifier • Recherche : Astrée • Preuve formelle • Opérationnel : Prover • Recherche : Omega, SPARK

33. Rôle d’Astrium dans Hi-Lite • Utilisateurindustriel final • T2.1 : Écriture des exigences • Processusenvisagé pour Hi-Lite • Cohérence avec les processus industriels (internes et ECSS) • Définition de cas d’utilisation • Recommandations techniques • T7.2 : Applications de Hi-Lite • Leader de la tâche • Développement d’une étude de cas •  Evaluation de la technologie Hi-Lite

35. L'INRIA et l'équipe ProVal L'Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (INRIA) est à la pointe de la recherche (fondamentale et appliquée) dans le domaine des STIC L'INRIA accueille 2800 chercheurs (INRIA, CNRS, Universités, grandes écoles) parmi ses 168 équipes L'INRIA développe de nombreux partenariats avec le monde industriel et favorise le transfert technologique L'équipe de recherche ProVal est consituée de 27 personnes (10 permanents) ProVal développe la plate-forme de vérification de programmes Why/Alt-Ergo Why/Alt-Ergo (preuve déductive de programmes) Correction d'un programme par rapport à sa spécification => Validité d'une formule logique.

36. Langage de programmation et de spécification Interface à des outils de preuve externes Le fondement de FRAMA-C et KRAKATOA WHY 3 — bibliothèque généraliste et libre WHY — vérification de programmes

37. Types énumérés : type dwarf = Doc | Grumpy | Happy | Sleepy | Bashful | Sneezy | Dopey Types algébriques : type α formula = Value (α) | Sum (α formula,α formula) | Product (α formula,α formula) Objectif : types énumérés et algébriques Constructeurs deux à deux disjoints, injectifs et couvrant tous les cas possibles, mais pas de principe de récurrence a priori

38. Augmenter les langages de spécification et de programmation : déclarations de types énumérés et algébriques expressions d'analyses par cas (pattern matching) Générer des obligations de preuve pourdes programmes utilisant ces constructions Traduire pour les démonstrateurs sous-jacents(famille SMT-LIB, famille TPTP, Simplify) Objectif : types énumérés et algébriques

39. Démonstrateur SMT open source mis au point pour la vérification de programmes Traitements prédéfinis de plusieurs théories Efforts de sûreté Qualification (DO-178C) en cours Le démonstrateur automatique Alt-Ergo Logique propositionnelle, théorie de l'égalité, arithmétique linéaire, symboles AC, théorie des paires Chaque partie est formalisée à l'aide d'un système de règles d'inférence et les principaux algorithmes sont formellement prouvés en Coq

40. L'architecture d'Alt-Ergo ANALYSEUR SYNTAXIQUE SMT ANALYSEUR SYNTAXIQUE WHY TYPAGE & TRANSFORMATION DE FORMULES SOLVEUR SAT BOUCLE PRINCIPALE GÉNÉRATION D'INSTANCES DE LEMMES PROCÉDURES DE DECISION

41. Analyse des cas d'échecs et génération de contre-exemples Traitement des types énumérés et algébriques de manière prédéfinie Extension de la théorie de l'arithmétique au cas non-linéaire sur les entiers Implémentation de la théorie des tableaux Objectifs concernant Alt-Ergo

43. Profil THALES Leader mondial des systèmes d’information critique • Trois marchés principaux • Aéronautique et Espace • Défense • Sécurité • Un groupemondial • Effectifmondial : 68 000 personnes • Présencedans 50 pays } 12,9 milliards d’euros

44. Trois marchés principaux Défense 50% • Air • Terre • Naval • Inter armée Aéronautique & Espace Securité 25% 25%

45. Dual Defence Civil Systèmes de Mission de Défense Défense Terrestre Systèmes C4I de Défense & Sécurité Opérations Aériennes Avionique Espace Domaines THALES Systèmes de Transport THALES Communications SC2: Approche Globale pour les Architectures Logicielles • TCF focalise son activité dans le domaine destelecommunications: • Radio-communications mobile; Développement de réseaux ATM; communications satellite, aeronautique et navale, administration de réseaux, identification and radio navigation, systèmes d’information • SC2 • Défini et propose des solutions middleware pour les systèmes futurs de THALES • Framework lwCCM pour les systèmes TRE (spatiale, ferroviaire, optronic…)

46. Contribution Utilisateurs des technologies et solutions Hi-Lite • T2 (Spécifications) : 8 h.m • Prise en compte des possibilités technologiques d’Hi-Lite • Interaction avec AdaCore, Altran, le CEA et ProVal • Définition d’un cas d’étude permettant de mettre en œuvre ces possibilités technologiques • T7 (Applications industrielles) : 26 h.m • Mise en œuvre du cas d’étude en Ada • Expérimentation des langages Hi-Lite dans le générateur MyCCM • Rapport d’évaluation • Facilité d’intégration • Amélioration de la fiabilité du code

47. Attentes • THALES conçoit et industrialise des produits de sécurité et sûreté • Besoin de certification (DO-178B, IEC61608, SIL1-SIL4) • Besoin de rationaliser et d’améliorer l’ingénierie, le développement et le processus pour atteindre la certification • Des solutions de vérification et certification dans un processus intégré • Les solutions Hi-Lite, intégrées à un framework orienté composant utilisant la génération de code intensive (MyCCM) • Automatisation des moyens de Certification/Vérification pour le code généré • Applicable aux domaines Spatial, Avionique, Ferroviaire et Crypto domains • Forme d’onde Aero, Chiffrement, systèmes sécuritaires • Validation pour un frameworkMyCCMframework en Ada (domaine spatial et avionique)