Advanced Ramsey-Based Büchi Automata Inclusion Testing

International audienceChecking language inclusion between two nondeterministic B ̈ chi au- u tomata A and B is computationally hard (PSPACE-complete). However, several approaches which are efficient in many practical cases have been proposed. We build on one of these, which is known as the Ramsey-based approach. It has recently been shown that the basic Ramsey-based approach can be drastically optimized by using powerful subsumption techniques, which allow one to prune the search-space when looking for counterexamples to inclusion. While previous works only used subsumption based on set inclusion or forward simulation on A and B , we propose the following new techniques: (1) A larger subsumption rela- tion based on a combination of backward and forward simulations on A and B . (2) A method to additionally use forward simulation between A and B . (3) Ab- straction techniques that can speed up the computation and lead to early detection of counterexamples. The new algorithm was implemented and tested on automata derived from real-world model checking benchmarks, and on the Tabakov-Vardi random model, thus showing the usefulness of the proposed techniques

Efficient Algorithms for Büchi Automata

Cílem této práce je rozšířit existující knihovnu VATA o modul pro práci s Büchiho automaty, které se řadí mezi konečně stavové automaty nad nekonečnými slovy. Tyto automaty jsou využívány v různých oblastech informatiky, mimo jiné také ve formální verifikaci, při LTL model checkingu. LTL model checking se provádí typicky za pomocí operace testování jazykové inkluze mezi dvěma Büchiho automaty. Protože jazyková inkluze může být výpočetně velmi náročná, vzniklo několik optimalizovaných algoritmů pro tento problém, jako je například přístup založený na Ramseyho větě. Předkládaná práce je zaměřena na tento přístup, jehož implementace je přidána do nově vytvořeného rozšíření knihovny VATA. Mimo to jsou do tohoto nového rozšíření přidány také další operace nad Büchiho automaty, jako jsou sjednocení, průnik nebo redukce počtu stavů.The main goal of this work is to extend the existing library VATA with a module for working with Büchi automata, which are finite state automata over infinite words.  These automata are used in many areas of computer science, among others in formal verifications, namely in LTL model checking. LTL model checking is typically carried out using the operation of testing language inclusion between two Büchi automata. Because testing language inclusion can be computationally very demanding, several optimized algorithms have been created for testing language inclusion such as the Ramsey-based approach. This work is focused on the mentioned approach, the implementation of which is added to the newly created extension of the VATA library. Apart from that, the new extension adds additional useful operations over Büchi automata such as union, intersection or a reduction in the number of states.

Project Final Report Use and Dissemination of Foreground

This document is the final report on use and dissemination of foreground, part of the CONNECT final report. The document provides the lists of: publications, dissemination activities, and exploitable foregroun

Efficient Automata Techniques and Their Applications

Tato práce se zabývá vývojem efektivních technik pro konečné automaty a jejich aplikace. Zejména se věnujeme konečným automatům použitých pří detekci útoků v síťovém provozu a automatům v rozhodovacích procedurách a verifikaci. V první části práce navrhujeme techniky přibližné redukce nedeterministických automatů, které snižují spotřebu zdrojů v hardwarově akcelerovaném zkoumání obsahu paketů. Druhá část práce je je věnována automatům v rozhodovacích procedurách, zejména slabé monadické logice druhého řádů k následníků (WSkS) a teorie nad řetězci. Navrhujeme novou rozhodovací proceduru pro WS2S založenou na automatových termech, umožňující efektivně prořezávat stavový prostor. Dále studujeme techniky předzpracování WSkS formulí za účelem snížení velikosti konstruovaných automatů. Automaty jsme také aplikovali v rozhodovací proceduře teorie nad řetězci pro efektivní reprezentaci důkazového stromu. V poslední části práce potom navrhujeme optimalizace rank-based komplementace Buchiho automatů, které snižuje počet generovaných stavů během konstrukce komplementu.This thesis develops efficient techniques for finite automata and their applications. In particular, we focus on finite automata in network intrusion detection and automata in decision procedures and verification. In the first part of the thesis, we propose techniques of approximate reduction of nondeterministic automata decreasing consumption of resources of hardware-accelerated deep packet inspection. The second part is devoted to automata in decision procedures, in particular, to weak monadic second-order logic of k successors (WSkS) and the theory of strings. We propose a novel decision procedure for WS2S based on automata terms allowing one to effectively prune the state space. Further, we study techniques of WSkS formulae preprocessing intended to reduce the sizes of constructed intermediate automata. Moreover, we employ automata in a decision procedure of the theory of strings for efficient handling of the proof graph. The last part of the thesis then proposes optimizations in rank-based Buchi automata complementation reducing the number of generated states during the construction.