Skip to main content

2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

A Storm is Coming: A Modern Probabilistic Model Checker

verfasst von : Christian Dehnert, Sebastian Junges, Joost-Pieter Katoen, Matthias Volk

Erschienen in: Computer Aided Verification

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We launch the new probabilistic model checker Storm. It features the analysis of discrete- and continuous-time variants of both Markov chains and MDPs. It supports the Prism and JANI modeling languages, probabilistic programs, dynamic fault trees and generalized stochastic Petri nets. It has a modular set-up in which solvers and symbolic engines can easily be exchanged. It offers a Python API for rapid prototyping by encapsulating Storm’s fast and scalable algorithms. Experiments on a variety of benchmarks show its competitive performance.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
Existing CSL model checkers for GSPNs such as GreatSPN [15] and MARCIE [16] are restricted to confusion-free Petri nets; Storm does not have this restriction as it supports MA.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Kwiatkowska, M., Norman, G., Parker, D.: PRISM 4.0: Verification of probabilistic real-time systems. In: Gopalakrishnan, G., Qadeer, S. (eds.) CAV 2011. LNCS, vol. 6806, pp. 585–591. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.1007/978-3-642-22110-1_47 CrossRef Kwiatkowska, M., Norman, G., Parker, D.: PRISM 4.0: Verification of probabilistic real-time systems. In: Gopalakrishnan, G., Qadeer, S. (eds.) CAV 2011. LNCS, vol. 6806, pp. 585–591. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.​1007/​978-3-642-22110-1_​47 CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Katoen, J.P., Zapreev, I.S., Hahn, E.M., Hermanns, H., Jansen, D.N.: The ins and outs of the probabilistic model checker MRMC. Perform. Eval. 68(2), 90–104 (2011)CrossRef Katoen, J.P., Zapreev, I.S., Hahn, E.M., Hermanns, H., Jansen, D.N.: The ins and outs of the probabilistic model checker MRMC. Perform. Eval. 68(2), 90–104 (2011)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Hahn, E.M., Li, Y., Schewe, S., Turrini, A., Zhang, L.: iscasMc: a web-based probabilistic model checker. In: Jones, C., Pihlajasaari, P., Sun, J. (eds.) FM 2014. LNCS, vol. 8442, pp. 312–317. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-06410-9_22 CrossRef Hahn, E.M., Li, Y., Schewe, S., Turrini, A., Zhang, L.: iscasMc: a web-based probabilistic model checker. In: Jones, C., Pihlajasaari, P., Sun, J. (eds.) FM 2014. LNCS, vol. 8442, pp. 312–317. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-06410-9_​22 CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat Eisentraut, C., Hermanns, H., Zhang, L.: On probabilistic automata in continuous time. In: Proceedings of LICS, pp. 342–351. IEEE CS (2010) Eisentraut, C., Hermanns, H., Zhang, L.: On probabilistic automata in continuous time. In: Proceedings of LICS, pp. 342–351. IEEE CS (2010)
7.
Zurück zum Zitat Dijk, T., Pol, J.: Sylvan: multi-core decision diagrams. In: Baier, C., Tinelli, C. (eds.) TACAS 2015. LNCS, vol. 9035, pp. 677–691. Springer, Heidelberg (2015). doi:10.1007/978-3-662-46681-0_60 Dijk, T., Pol, J.: Sylvan: multi-core decision diagrams. In: Baier, C., Tinelli, C. (eds.) TACAS 2015. LNCS, vol. 9035, pp. 677–691. Springer, Heidelberg (2015). doi:10.​1007/​978-3-662-46681-0_​60
8.
Zurück zum Zitat Baier, C., Klein, J., Klüppelholz, S., Märcker, S.: Computing conditional probabilities in markovian models efficiently. In: Ábrahám, E., Havelund, K. (eds.) TACAS 2014. LNCS, vol. 8413, pp. 515–530. Springer, Heidelberg (2014). doi:10.1007/978-3-642-54862-8_43 CrossRef Baier, C., Klein, J., Klüppelholz, S., Märcker, S.: Computing conditional probabilities in markovian models efficiently. In: Ábrahám, E., Havelund, K. (eds.) TACAS 2014. LNCS, vol. 8413, pp. 515–530. Springer, Heidelberg (2014). doi:10.​1007/​978-3-642-54862-8_​43 CrossRef
9.
Zurück zum Zitat de Alfaro, L.: How to specify and verify the long-run average behavior of probabilistic systems. In: Proceedings of LICS, pp. 454–465. IEEE CS (1998) de Alfaro, L.: How to specify and verify the long-run average behavior of probabilistic systems. In: Proceedings of LICS, pp. 454–465. IEEE CS (1998)
10.
Zurück zum Zitat Chen, T., Forejt, V., Kwiatkowska, M., Parker, D., Simaitis, A.: PRISM-games: a model checker for stochastic multi-player games. In: Piterman, N., Smolka, S.A. (eds.) TACAS 2013. LNCS, vol. 7795, pp. 185–191. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-36742-7_13 CrossRef Chen, T., Forejt, V., Kwiatkowska, M., Parker, D., Simaitis, A.: PRISM-games: a model checker for stochastic multi-player games. In: Piterman, N., Smolka, S.A. (eds.) TACAS 2013. LNCS, vol. 7795, pp. 185–191. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-36742-7_​13 CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Katoen, J.P.: The probabilistic model checking landscape. In: Proceedings of LICS, pp. 31–46. ACM (2016) Katoen, J.P.: The probabilistic model checking landscape. In: Proceedings of LICS, pp. 31–46. ACM (2016)
12.
Zurück zum Zitat Guck, D., Timmer, M., Hatefi, H., Ruijters, E., Stoelinga, M.: Modelling and analysis of markov reward automata. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 168–184. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-11936-6_13 Guck, D., Timmer, M., Hatefi, H., Ruijters, E., Stoelinga, M.: Modelling and analysis of markov reward automata. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 168–184. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-11936-6_​13
13.
Zurück zum Zitat Guck, D., Hatefi, H., Hermanns, H., Katoen, J., Timmer, M.: Analysis of timed and long-run objectives for Markov automata. LMCS 10(3), 1–29 (2014)MathSciNetMATH Guck, D., Hatefi, H., Hermanns, H., Katoen, J., Timmer, M.: Analysis of timed and long-run objectives for Markov automata. LMCS 10(3), 1–29 (2014)MathSciNetMATH
14.
Zurück zum Zitat Budde, C.E., Dehnert, C., Hahn, E.M., Hartmanns, A., Junges, S., Turrini, A.: JANI: quantitative model and tool interaction. In: Legay, A., Margaria, T. (eds.) TACAS 2017. LNCS, vol. 10206, pp. 151–168. Springer, Heidelberg (2017). doi:10.1007/978-3-662-54580-5_9 CrossRef Budde, C.E., Dehnert, C., Hahn, E.M., Hartmanns, A., Junges, S., Turrini, A.: JANI: quantitative model and tool interaction. In: Legay, A., Margaria, T. (eds.) TACAS 2017. LNCS, vol. 10206, pp. 151–168. Springer, Heidelberg (2017). doi:10.​1007/​978-3-662-54580-5_​9 CrossRef
15.
16.
Zurück zum Zitat Schwarick, M., Heiner, M., Rohr, C.: MARCIE - model checking and reachability analysis done efficiently. In: Proceedings of QEST, pp. 91–100. IEEE CS (2011) Schwarick, M., Heiner, M., Rohr, C.: MARCIE - model checking and reachability analysis done efficiently. In: Proceedings of QEST, pp. 91–100. IEEE CS (2011)
17.
Zurück zum Zitat Eisentraut, C., Hermanns, H., Katoen, J.-P., Zhang, L.: A semantics for every GSPN. In: Colom, J.-M., Desel, J. (eds.) PETRI NETS 2013. LNCS, vol. 7927, pp. 90–109. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-38697-8_6 CrossRef Eisentraut, C., Hermanns, H., Katoen, J.-P., Zhang, L.: A semantics for every GSPN. In: Colom, J.-M., Desel, J. (eds.) PETRI NETS 2013. LNCS, vol. 7927, pp. 90–109. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-38697-8_​6 CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Dugan, J.B., Bavuso, S.J., Boyd, M.A.: Dynamic fault-tree models for fault-tolerant computer systems. IEEE Trans. Reliab. 41(3), 363–377 (1992)CrossRefMATH Dugan, J.B., Bavuso, S.J., Boyd, M.A.: Dynamic fault-tree models for fault-tolerant computer systems. IEEE Trans. Reliab. 41(3), 363–377 (1992)CrossRefMATH
19.
Zurück zum Zitat Boudali, H., Crouzen, P., Stoelinga, M.I.A.: A rigorous, compositional, and extensible framework for dynamic fault tree analysis. IEEE Trans. Secure Distr. Comput. 7(2), 128–143 (2010)CrossRef Boudali, H., Crouzen, P., Stoelinga, M.I.A.: A rigorous, compositional, and extensible framework for dynamic fault tree analysis. IEEE Trans. Secure Distr. Comput. 7(2), 128–143 (2010)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Volk, M., Junges, S., Katoen, J.-P.: Advancing dynamic fault tree analysis - get succinct state spaces fast and synthesise failure rates. In: Skavhaug, A., Guiochet, J., Bitsch, F. (eds.) SAFECOMP 2016. LNCS, vol. 9922, pp. 253–265. Springer, Cham (2016). doi:10.1007/978-3-319-45477-1_20 CrossRef Volk, M., Junges, S., Katoen, J.-P.: Advancing dynamic fault tree analysis - get succinct state spaces fast and synthesise failure rates. In: Skavhaug, A., Guiochet, J., Bitsch, F. (eds.) SAFECOMP 2016. LNCS, vol. 9922, pp. 253–265. Springer, Cham (2016). doi:10.​1007/​978-3-319-45477-1_​20 CrossRef
21.
Zurück zum Zitat McIver, A., Morgan, C.: Abstraction, Refinement and Proof for Probabilistic Systems. Monographs in Computer Science. Springer, Heidelberg (2005). doi:10.1007/b138392 MATH McIver, A., Morgan, C.: Abstraction, Refinement and Proof for Probabilistic Systems. Monographs in Computer Science. Springer, Heidelberg (2005). doi:10.​1007/​b138392 MATH
22.
Zurück zum Zitat Gordon, A.D., Henzinger, T.A., Nori, A.V., Rajamani.K.: Probabilistic programming. In: FOSE, pp. 167–181. ACM (2014) Gordon, A.D., Henzinger, T.A., Nori, A.V., Rajamani.K.: Probabilistic programming. In: FOSE, pp. 167–181. ACM (2014)
23.
Zurück zum Zitat Hansson, H., Jonsson, B.: A logic for reasoning about time and reliability. Formal Aspects Comput. 6(5), 512–535 (1994)CrossRefMATH Hansson, H., Jonsson, B.: A logic for reasoning about time and reliability. Formal Aspects Comput. 6(5), 512–535 (1994)CrossRefMATH
24.
Zurück zum Zitat Baier, C., Haverkort, B.R., Hermanns, H., Katoen, J.P.: Model-checking algorithms for continuous-time Markov chains. IEEE Trans. Softw. Eng. 29(6), 524–541 (2003)CrossRefMATH Baier, C., Haverkort, B.R., Hermanns, H., Katoen, J.P.: Model-checking algorithms for continuous-time Markov chains. IEEE Trans. Softw. Eng. 29(6), 524–541 (2003)CrossRefMATH
25.
Zurück zum Zitat Brázdil, T., Chatterjee, K., Chmelík, M., Forejt, V., Křetínský, J., Kwiatkowska, M., Parker, D., Ujma, M.: Verification of markov decision processes using learning algorithms. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 98–114. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-11936-6_8 Brázdil, T., Chatterjee, K., Chmelík, M., Forejt, V., Křetínský, J., Kwiatkowska, M., Parker, D., Ujma, M.: Verification of markov decision processes using learning algorithms. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 98–114. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-11936-6_​8
26.
Zurück zum Zitat Dehnert, C., Junges, S., Jansen, N., Corzilius, F., Volk, M., Bruintjes, H., Katoen, J.-P., Ábrahám, E.: PROPhESY: A PRObabilistic ParamEter SYnthesis Tool. In: Kroening, D., Păsăreanu, C.S. (eds.) CAV 2015. LNCS, vol. 9206, pp. 214–231. Springer, Cham (2015). doi:10.1007/978-3-319-21690-4_13 CrossRef Dehnert, C., Junges, S., Jansen, N., Corzilius, F., Volk, M., Bruintjes, H., Katoen, J.-P., Ábrahám, E.: PROPhESY: A PRObabilistic ParamEter SYnthesis Tool. In: Kroening, D., Păsăreanu, C.S. (eds.) CAV 2015. LNCS, vol. 9206, pp. 214–231. Springer, Cham (2015). doi:10.​1007/​978-3-319-21690-4_​13 CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Quatmann, T., Dehnert, C., Jansen, N., Junges, S., Katoen, J.-P.: Parameter synthesis for markov models: faster than ever. In: Artho, C., Legay, A., Peled, D. (eds.) ATVA 2016. LNCS, vol. 9938, pp. 50–67. Springer, Cham (2016). doi:10.1007/978-3-319-46520-3_4 CrossRef Quatmann, T., Dehnert, C., Jansen, N., Junges, S., Katoen, J.-P.: Parameter synthesis for markov models: faster than ever. In: Artho, C., Legay, A., Peled, D. (eds.) ATVA 2016. LNCS, vol. 9938, pp. 50–67. Springer, Cham (2016). doi:10.​1007/​978-3-319-46520-3_​4 CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Hahn, E.M., Hermanns, H., Zhang, L.: Probabilistic reachability for parametric Markov models. STTT 13(1), 3–19 (2010)CrossRef Hahn, E.M., Hermanns, H., Zhang, L.: Probabilistic reachability for parametric Markov models. STTT 13(1), 3–19 (2010)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Haddad, S., Monmege, B.: Reachability in MDPs: refining convergence of value iteration. In: Ouaknine, J., Potapov, I., Worrell, J. (eds.) RP 2014. LNCS, vol. 8762, pp. 125–137. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-11439-2_10 Haddad, S., Monmege, B.: Reachability in MDPs: refining convergence of value iteration. In: Ouaknine, J., Potapov, I., Worrell, J. (eds.) RP 2014. LNCS, vol. 8762, pp. 125–137. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-11439-2_​10
31.
Zurück zum Zitat Wimmer, R., Becker, B.: Correctness issues of symbolic bisimulation computationfor Markov chains. In: Müller-Clostermann, B., Echtle, K., Rathgeb, E.P. (eds.) MMB & DFT 2010. LNCS, vol. 5987, pp. 287–301. Springer, Berlin (2010)CrossRef Wimmer, R., Becker, B.: Correctness issues of symbolic bisimulation computationfor Markov chains. In: Müller-Clostermann, B., Echtle, K., Rathgeb, E.P. (eds.) MMB & DFT 2010. LNCS, vol. 5987, pp. 287–301. Springer, Berlin (2010)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Ábrahám, E., Becker, B., Dehnert, C., Jansen, N., Katoen, J.-P., Wimmer, R.: Counterexample generation for discrete-time Markov models: an introductory survey. In: Bernardo, M., Damiani, F., Hähnle, R., Johnsen, E.B., Schaefer, I. (eds.) SFM 2014. LNCS, vol. 8483, pp. 65–121. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-07317-0_3 CrossRef Ábrahám, E., Becker, B., Dehnert, C., Jansen, N., Katoen, J.-P., Wimmer, R.: Counterexample generation for discrete-time Markov models: an introductory survey. In: Bernardo, M., Damiani, F., Hähnle, R., Johnsen, E.B., Schaefer, I. (eds.) SFM 2014. LNCS, vol. 8483, pp. 65–121. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-07317-0_​3 CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Wimmer, R., Jansen, N., Vorpahl, A., Ábrahám, E., Katoen, J.P., Becker, B.: High-level counterexamples for probabilistic automata. LMCS 11(1), 1–23 (2015)MathSciNet Wimmer, R., Jansen, N., Vorpahl, A., Ábrahám, E., Katoen, J.P., Becker, B.: High-level counterexamples for probabilistic automata. LMCS 11(1), 1–23 (2015)MathSciNet
34.
Zurück zum Zitat Dehnert, C., Jansen, N., Wimmer, R., Ábrahám, E., Katoen, J.-P.: Fast debugging of PRISM models. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 146–162. Springer, Cham (2014). doi:10.1007/978-3-319-11936-6_11 Dehnert, C., Jansen, N., Wimmer, R., Ábrahám, E., Katoen, J.-P.: Fast debugging of PRISM models. In: Cassez, F., Raskin, J.-F. (eds.) ATVA 2014. LNCS, vol. 8837, pp. 146–162. Springer, Cham (2014). doi:10.​1007/​978-3-319-11936-6_​11
35.
Zurück zum Zitat Aljazzar, H., Leitner-Fischer, F., Leue, S., Simeonov, D.: DiPro - a tool for probabilistic counterexample generation. In: Groce, A., Musuvathi, M. (eds.) SPIN 2011. LNCS, vol. 6823, pp. 183–187. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.1007/978-3-642-22306-8_13 CrossRef Aljazzar, H., Leitner-Fischer, F., Leue, S., Simeonov, D.: DiPro - a tool for probabilistic counterexample generation. In: Groce, A., Musuvathi, M. (eds.) SPIN 2011. LNCS, vol. 6823, pp. 183–187. Springer, Heidelberg (2011). doi:10.​1007/​978-3-642-22306-8_​13 CrossRef
36.
Zurück zum Zitat Jansen, N., Ábrahám, E., Volk, M., Wimmer, R., Katoen, J.P., Becker, B.: The COMICS tool - Computing minimal counterexamples for DTMCs. In: Chakraborty, S., Mukund, M. (eds.) ATVA 2012, vol. 7561, pp. 349–353. Springer, Heidelberg (2012) Jansen, N., Ábrahám, E., Volk, M., Wimmer, R., Katoen, J.P., Becker, B.: The COMICS tool - Computing minimal counterexamples for DTMCs. In: Chakraborty, S., Mukund, M. (eds.) ATVA 2012, vol. 7561, pp. 349–353. Springer, Heidelberg (2012)
39.
43.
Zurück zum Zitat Cimatti, A., Griggio, A., Schaafsma, B.J., Sebastiani, R.: The mathSAT5 SMT solver. In: Piterman, N., Smolka, S.A. (eds.) TACAS 2013. LNCS, vol. 7795, pp. 93–107. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.1007/978-3-642-36742-7_7 CrossRef Cimatti, A., Griggio, A., Schaafsma, B.J., Sebastiani, R.: The mathSAT5 SMT solver. In: Piterman, N., Smolka, S.A. (eds.) TACAS 2013. LNCS, vol. 7795, pp. 93–107. Springer, Heidelberg (2013). doi:10.​1007/​978-3-642-36742-7_​7 CrossRef
44.
Zurück zum Zitat Dräger, K., Forejt, V., Kwiatkowska, M., Parker, D., Ujma, M.: Permissive controller synthesis for probabilistic systems. LMCS 11(2), 1–34 (2015)MathSciNetMATH Dräger, K., Forejt, V., Kwiatkowska, M., Parker, D., Ujma, M.: Permissive controller synthesis for probabilistic systems. LMCS 11(2), 1–34 (2015)MathSciNetMATH
45.
Zurück zum Zitat Junges, S., Jansen, N., Dehnert, C., Topcu, U., Katoen, J.-P.: Safety-constrained reinforcement learning for MDPs. In: Chechik, M., Raskin, J.-F. (eds.) TACAS 2016. LNCS, vol. 9636, pp. 130–146. Springer, Heidelberg (2016). doi:10.1007/978-3-662-49674-9_8 CrossRef Junges, S., Jansen, N., Dehnert, C., Topcu, U., Katoen, J.-P.: Safety-constrained reinforcement learning for MDPs. In: Chechik, M., Raskin, J.-F. (eds.) TACAS 2016. LNCS, vol. 9636, pp. 130–146. Springer, Heidelberg (2016). doi:10.​1007/​978-3-662-49674-9_​8 CrossRef
46.
Zurück zum Zitat Kwiatkowska, M., Norman, G., Parker, D.: The PRISM benchmark suite. In: Proceedings of QEST, pp. 203–204. IEEE CS (2012) Kwiatkowska, M., Norman, G., Parker, D.: The PRISM benchmark suite. In: Proceedings of QEST, pp. 203–204. IEEE CS (2012)
Metadaten
Titel
A Storm is Coming: A Modern Probabilistic Model Checker
verfasst von
Christian Dehnert
Sebastian Junges
Joost-Pieter Katoen
Matthias Volk
Copyright-Jahr
2017
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-63390-9_31

Premium Partner