Verifying Declarative Netlog Protocols with Coq: a First Experiment

Declarative languages, such as recursive rule based languages, have been proposed to program distributed applications over networks. It has been shown that they simplify greatly the code, while still o ering e cient distributed execution. In this report, we show that moreover they provide a promising approach to the veri cation of distributed protocols. We consider the Netlog language and use the Coq proof assistant. We rst formalize the distributed computation model based on message passing with either synchronous or asynchronous behavior. We then see how the declarative rules of the protocols can be simply encoded in Coq and we develop the machine embedded on each node of the network which evaluates the rules. This framework enables us to formally verify distributed protocols, as shown on a concrete case study, a spanning tree construction in both the asynchronous and synchronous setting. Key-words: formal proof, protocol, distributed algorithm, distributed computation model. ∗ BASICS, Shanghai Jiao Tong University, China † LIAMA-INRIA, Netquest ‡ LIAMA-CNRS et Université Joseph Fourier Grenoble 1, FORMES Véri cation de protocoles déclaratifs en Coq: une première expérience Résumé : L'idée d'utiliser des langages déclaratifs, par exemple à base de règles récursives, a été proposée pour programmer des applications distribuées sur des réseaux. Il a été montré que cela simpli e grandement le code, sans sacri er l'e cacité de l'exécution distribuée. Dans ce rapport, nous montrons qu'en outre ils constituent une approche prometteuse à la véri cation de protocoles. Nous considérons le langage Netlog et utilisons l'assistant à la preuve Coq. Nous commençons par formaliser le modèle de calcul distribué par communication de message dans les deux variantes synchrone et asynchrone. Nous montrons ensuite un encodage simple en Coq des règles dé nissant un protocole et ainsi que de leur évaluation sur chaque n÷ud du réseau. Ce cadre permet de véri er formellement des protocoles distribués, comme illustré sur une étude de cas concrète, la construction d'un arbre, tant dans le cas synchrone que dans le cas asynchrone. Mots-clés : preuve formelle, protocole, algorithme distribué, modèle de calcul distribué. Verifying Declarative Netlog Protocols with Coq 3