Truly Concurrent Logic via In-Between Specification

AbstractIn order to obtain a formalism for the specification of true concurrency in reactive systems, we modify the μ-calculus such that properties that are valid during the execution of an action can be expressed. The interpretation of this logic is based on transition systems that are used to model the ST-semantics. We show that this logic and step equivalence have an incomparable expressive power. Furthermore, we show that the logic characterizes the ST-bisimulation equivalence for finite process algebra expressions that do not contain synchronization mechanisms

Uniform satisfiability in PSPACE for local temporal logics over Mazurkiewicz traces

We study the complexity of temporal logics over concurrent systems that can be described by Mazurkiewicz traces. We develop a general method to prove that the uniform satisfiability problem of local temporal logics is in PSPACE. We also demonstrate that this method applies to all known local temporal logics

Automata and Logics for Concurrent Systems: Realizability and Verification

Automata are a popular tool to make computer systems accessible to formal methods. While classical finite automata are suitable to model sequential boolean programs, models of concurrent systems involve several interacting processes and extend finite-state machines in various respects. This habilitation thesis surveys several such extensions, including pushdown automata with multiple stacks, communicating automata with fixed, parameterized, or dynamic communication topology, and automata running on words over infinite alphabets. We focus on two major questions of classical automata theory, namely realizability (asking whether a specification has an automata counterpart) and model checking (asking whether a given automaton satisfies its specification)

Computer Aided Verification

This open access two-volume set LNCS 13371 and 13372 constitutes the refereed proceedings of the 34rd International Conference on Computer Aided Verification, CAV 2022, which was held in Haifa, Israel, in August 2022. The 40 full papers presented together with 9 tool papers and 2 case studies were carefully reviewed and selected from 209 submissions. The papers were organized in the following topical sections: Part I: Invited papers; formal methods for probabilistic programs; formal methods for neural networks; software Verification and model checking; hyperproperties and security; formal methods for hardware, cyber-physical, and hybrid systems. Part II: Probabilistic techniques; automata and logic; deductive verification and decision procedures; machine learning; synthesis and concurrency. This is an open access book

Automata and linear temporal logic : translations with transition-based acceptance

Automata theory provides powerful tools for designing and implementing decision procedures for temporal logics and their applications to the automatic verification of systems against their logical specifications. Implementing these decision procedures by making use of automata built from the systems and their specifications with translation procedures is challenging in practice due to the tendency of the automata to grow easily unmanageably large as the size of the systems or the logical specifications increases. This thesis develops the theory of translating propositional linear time temporal logic (LTL) into nondeterministic automata via self-loop alternating automata. Unlike nondeterministic automata, self-loop alternating automata are expressively equivalent to LTL and allow a conceptually simple translation of LTL specifications into automata using a set of rules for building automata incrementally from smaller components. The use of generalized transition-based acceptance for automata throughout all constructions gives rise to new optimized translation rules and facilitates designing heuristics for the minimization of automata by making use of language containment tests combined with structural analysis of automata. The generalized definition also supports the translation of self-loop alternating automata into nondeterministic automata by essentially applying the standard subset construction; this construction can be further simplified and optimized when working with automata built from LTL formulas. The translation rules can also be used to identify a syntactic subclass of LTL for which the exponential increase caused by the subset construction in the number of states of the automaton can always be avoided; consequently, the satisfiability problem for this subclass, which is shown to extend related subclasses known from the literature, is NP-complete. Additionally, the emptiness of generalized nondeterministic automata is shown to be testable without giving up generalized transition-based acceptance by using a new variant of the well-known nested depth-first search algorithm with improved worst-case resource requirements.Automaattiteorian avulla voidaan suunnitella ja toteuttaa temporaalilogiikkojen ratkaisumenetelmiä sekä näiden menetelmien sovellutuksia logiikoilla järjestelmistä esitettyjen oikeellisuusvaatimusten tietokoneavusteiseen verifiointiin. Käytännössä näiden ratkaisumenetelmien toteuttaminen kääntämällä järjestelmät ja niiden oikeellisuusvaatimukset automaateiksi on kuitenkin haasteellista, sillä näistä automaateista tulee järjestelmien tai loogisten vaatimusten koon kasvaessa helposti niin suuria, ettei niitä enää voida käsitellä. Tässä väitöskirjassa kehitetään lineaarisen ajan temporaalilogiikan (LTL) epädeterministisiksi automaateiksi kääntämisen teoriaa käyttämällä käännöksen apuna vain yhden tilan silmukoita sisältäviä alternoivia automaatteja, joilla – toisin kuin epädeterministisillä automaateilla – on sama ilmaisuvoima kuin lineaarisen ajan temporaalilogiikalla. Tätä logiikkaa voidaan kääntää näiksi automaateiksi soveltaen yksinkertaisia sääntöjä automaattien yhdistämiseksi vaiheittain keskenään yhä suuremmiksi automaateiksi. Käyttämällä yleistettyä siirtymäpohjaista hyväksyvyyden määritelmää automaateille kaikissa käännöksen vaiheissa voidaan näin muodostettuja automaatteja sieventää uusin tavoin käyttäen apuna automaattien hyväksymien kielten välisiä sisältyvyyssuhteita sekä automaattien rakenteellisia ominaisuuksia. Yleistetyn määritelmän ansiosta vain yhden tilan silmukoita sisältävät alternoivat automaatit voidaan myös kääntää edelleen epädeterministisiksi automaateiksi soveltamalla yleisesti tunnettua osajoukkokonstruktiota lähes sellaisenaan. Tämä konstruktio voidaan edelleen tehdä yksinkertaisemmin ja tehokkaammin LTL-kaavoista muodostetuille automaateille. Automaattikäännöksessä käytettävien sääntöjen avulla voidaan myös erottaa lineaarisen ajan temporaalilogiikan syntaktinen osajoukko, jonka kaavat onmahdollista kääntää epädeterministisiksi automaateiksi ilman, että automaattien tilojen määrä kasvaa osajoukkokonstruktion tavoin eksponentiaalisesti. Tästä tuloksesta seuraa, että kyseisen LTL:n osajoukon toteutuvuusongelma on NP-täydellinen. Osajoukko on samankaltaisia kirjallisuudessa aiemmin esiteltyjä osajoukkoja aidosti laajempi. Väitöskirjassa esitetään myös, kuinka epädeterministisen automaatin hyväksymän kielen tyhjyys voidaan tarkastaa luopumatta yleistetystä siirtymäpohjaisesta hyväksyvyyden määritelmästä käyttäen algoritmia, joka on uusi, huonoimman tapauksen vaatimuksiltaan tehokkaampi muunnos tunnetusta sisäkkäisestä syvyyshakualgoritmista.reviewe

Proceedings of the 22nd Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design – FMCAD 2022

The Conference on Formal Methods in Computer-Aided Design (FMCAD) is an annual conference on the theory and applications of formal methods in hardware and system verification. FMCAD provides a leading forum to researchers in academia and industry for presenting and discussing groundbreaking methods, technologies, theoretical results, and tools for reasoning formally about computing systems. FMCAD covers formal aspects of computer-aided system design including verification, specification, synthesis, and testing