stringtranslate.com

Статический анализ программы

В информатике статический анализ программ ( также известный как статический анализ или статическое моделирование ) — это анализ компьютерных программ, выполняемый без их выполнения, в отличие от динамического анализа программ , который выполняется над программами во время их выполнения в интегрированной среде. [1] [2]

Термин обычно применяется к анализу, выполняемому автоматизированным инструментом, а человеческий анализ обычно называется «пониманием программы», пониманием программы или обзором кода . В последнем из них также используются проверка программного обеспечения и пошаговые руководства по программному обеспечению . В большинстве случаев анализ выполняется на некоторой версии исходного кода программы , а в других случаях — на некоторой форме ее объектного кода .

Обоснование

Сложность анализа, выполняемого инструментами, варьируется от тех, которые рассматривают только поведение отдельных операторов и деклараций, [3] до тех, которые включают в свой анализ полный исходный код программы. Использование информации, полученной в результате анализа, варьируется от выделения возможных ошибок кодирования (например, инструмент lint ) до формальных методов , которые математически доказывают свойства данной программы (например, ее поведение соответствует ее спецификации).

Метрики программного обеспечения и обратная разработка могут быть описаны как формы статического анализа. Выведение метрик программного обеспечения и статический анализ все чаще используются вместе, особенно при создании встроенных систем, путем определения так называемых целей качества программного обеспечения . [4]

Растущее коммерческое использование статического анализа заключается в проверке свойств программного обеспечения, используемого в критически важных для безопасности компьютерных системах, и обнаружении потенциально уязвимого кода. [5] Например, следующие отрасли определили использование статического анализа кода как средство улучшения качества все более сложного и запутанного программного обеспечения:

  1. Медицинское программное обеспечение : Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) определило использование статического анализа для медицинских устройств. [6]
  2. Ядерное программное обеспечение: В Великобритании Управление по ядерному регулированию (ONR) рекомендует использовать статический анализ в системах защиты реактора . [7]
  3. Авиационное программное обеспечение (в сочетании с динамическим анализом ). [8]
  4. Автомобили и машины (функциональные характеристики безопасности являются неотъемлемой частью каждого этапа разработки автомобильной продукции, ISO 26262 , раздел 8).

Исследование, проведенное в 2012 году компанией VDC Research, показало, что 28,7% опрошенных инженеров встроенного программного обеспечения используют инструменты статического анализа, а 39,7% планируют начать использовать их в течение 2 лет. [9] Исследование, проведенное в 2010 году, показало, что 60% опрошенных разработчиков в европейских исследовательских проектах использовали по крайней мере свои базовые встроенные статические анализаторы IDE. Однако только около 10% использовали дополнительный другой (и, возможно, более продвинутый) инструмент анализа. [10]

В индустрии безопасности приложений также используется название статическое тестирование безопасности приложений (SAST). SAST является важной частью жизненных циклов разработки безопасности (SDL), таких как SDL, определенный Microsoft [11] , и общепринятой практикой в ​​компаниях-разработчиках программного обеспечения. [12]

Типы инструментов

Группа управления объектами (OMG ) опубликовала исследование, касающееся типов анализа программного обеспечения, необходимых для измерения и оценки качества программного обеспечения . В этом документе «Как предоставлять устойчивые, безопасные, эффективные и легко изменяемые ИТ-системы в соответствии с рекомендациями CISQ» описываются три уровня анализа программного обеспечения. [13]

Уровень единицы
Анализ, который выполняется в рамках определенной программы или подпрограммы, без привязки к контексту этой программы.
Уровень технологии
Анализ, который учитывает взаимодействие между юнит-программами, чтобы получить более целостное и семантическое представление о программе в целом с целью выявления проблем и избежания очевидных ложных срабатываний.
Системный уровень
Анализ, учитывающий взаимодействие между юнит-программами, но не ограничивающийся одной конкретной технологией или языком программирования.

Можно определить еще один уровень анализа программного обеспечения.

Уровень миссии/бизнеса
Анализ, который учитывает условия, правила и процессы уровня бизнеса/миссии, которые реализованы в программной системе для ее работы как части деятельности уровня предприятия или программы/миссии. Эти элементы реализованы без ограничения одной конкретной технологией или языком программирования и во многих случаях распределены по нескольким языкам, но статически извлекаются и анализируются для понимания системы для обеспечения миссии.

Формальные методы

Формальные методы — это термин, применяемый к анализу программного обеспечения (и компьютерного оборудования ), результаты которого получены исключительно посредством использования строгих математических методов. Используемые математические методы включают денотационную семантику , аксиоматическую семантику , операционную семантику и абстрактную интерпретацию .

Путем прямого сведения к проблеме остановки можно доказать, что (для любого полного по Тьюрингу языка) нахождение всех возможных ошибок времени выполнения в произвольной программе (или, в более общем смысле, любого вида нарушения спецификации на конечный результат программы) неразрешимо : не существует механического метода, который всегда может правдиво ответить, может ли произвольная программа демонстрировать ошибки времени выполнения или нет. Этот результат восходит к работам Чёрча , Гёделя и Тьюринга 1930-х годов (см.: Проблема остановки и теорема Райса ). Как и во многих неразрешимых вопросах, все еще можно попытаться дать полезные приближенные решения.

Некоторые из методов реализации формального статического анализа включают в себя: [14]

Статический анализ на основе данных

Статический анализ на основе данных использует обширные кодовые базы для вывода правил кодирования и повышения точности анализа. [16] [17] Например, можно использовать все пакеты Java с открытым исходным кодом, доступные на GitHub, чтобы изучить хорошие стратегии анализа. Вывод правил может использовать методы машинного обучения. [18] Также можно учиться на большом количестве прошлых исправлений и предупреждений. [16]

Ремедиация

Статические анализаторы выдают предупреждения. Для некоторых типов предупреждений можно разработать и реализовать автоматизированные методы исправления . Например, Логоззо и Болл предложили автоматизированные методы исправления для C# cccheck . [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Wichmann, BA; Canning, AA; Clutterbuck, DL; Winsbarrow, LA; Ward, NJ; Marsh, DWR (март 1995). "Industrial Perspective on Static Analysis" (PDF) . Software Engineering Journal . 10 (2): 69–75. doi :10.1049/sej.1995.0010. Архивировано из оригинала (PDF) 27.09.2011.
  2. ^ Эгеле, Мануэль; Шольте, Теодор; Кирда, Энгин; Кругель, Кристофер (2008-03-05). «Обзор автоматизированных методов и инструментов динамического анализа вредоносных программ». ACM Computing Surveys . 44 (2): 6:1–6:42. doi :10.1145/2089125.2089126. ISSN  0360-0300. S2CID  1863333.
  3. ^ Хативада, Сакет; Тушев, Мирослав; Махмуд, Анас (2018-01-01). «Достаточно семантики: Информационно-теоретический подход к локализации ошибок программного обеспечения на основе IR». Информационные и программные технологии . 93 : 45–57. doi :10.1016/j.infsof.2017.08.012.
  4. ^ "Software Quality Objectives for Source Code" Архивировано 2015-06-04 в Wayback Machine (PDF). Труды: Embedded Real Time Software and Systems Conference 2010 , ERTS2010.org, Тулуза, Франция: Патрик Бриан, Мартин Броше, Тьерри Камбуа, Эммануэль Кутенсо, Оливье Гетта, Даниэль Майнберт, Фредерик Мондо, Патрик Мунье, Луик Нури, Филипп Споцио, Фредерик Ретайо.
  5. ^ Улучшение безопасности программного обеспечения с помощью точного статического и динамического анализа Архивировано 05.06.2011 на Wayback Machine (PDF), Бенджамин Лившиц, раздел 7.3 «Статические методы обеспечения безопасности». Докторская диссертация в Стэнфорде, 2006.
  6. ^ FDA (2010-09-08). "Исследование безопасности программного обеспечения инфузионных насосов в FDA". Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами. Архивировано из оригинала 2010-09-01 . Получено 2010-09-09 .
  7. ^ Компьютерные системы безопасности - техническое руководство по оценке аспектов программного обеспечения цифровых компьютерных систем защиты, "Компьютерные системы безопасности" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 января 2013 г. . Получено 15 мая 2013 г. .
  8. ^ Позиционный документ CAST-9. Соображения по оценке подходов к обеспечению безопасности программного обеспечения. Архивировано 06.10.2013 в Wayback Machine // FAA, Группа сертификационных органов по программному обеспечению (CAST), январь 2002 г.: «Проверка. Сочетание статического и динамического анализа должно быть указано заявителем/разработчиком и применено к программному обеспечению».
  9. ^ VDC Research (2012-02-01). "Автоматизированное предотвращение дефектов для обеспечения качества встроенного программного обеспечения". VDC Research. Архивировано из оригинала 2012-04-11 . Получено 2012-04-10 .
  10. ^ Prause, Christian R., René Reiners и Silviya Dencheva. "Эмпирическое исследование поддержки инструментов в высокораспределенных исследовательских проектах". Global Software Engineering (ICGSE), 2010 5-я Международная конференция IEEE по. IEEE, 2010 https://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=%2Fielx5%2F5581168%2F5581493%2F05581551.pdf&authDecision=-203
  11. ^ М. Ховард и С. Липнер. Жизненный цикл разработки безопасности: SDL: процесс разработки явно более безопасного программного обеспечения. Microsoft Press, 2006. ISBN 978-0735622142 
  12. ^ Ахим Д. Брукер и Уве Содан. Развертывание статического тестирования безопасности приложений в больших масштабах. Архивировано 21 октября 2014 г. на Wayback Machine . В GI Sicherheit 2014. Lecture Notes in Informatics, 228, страницы 91–101, GI, 2014.
  13. ^ "OMG Whitepaper | CISQ - Консорциум по качеству информации и программного обеспечения" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2013-12-28 . Получено 2013-10-18 .
  14. ^ Виджай Д'Сильва и др. (2008). "Обзор автоматизированных методов формальной проверки программного обеспечения" (PDF) . Transactions On CAD. Архивировано (PDF) из оригинала 2016-03-04 . Получено 2015-05-11 .
  15. ^ Джонс, Пол (2010-02-09). "Подход к проверке на основе формальных методов для анализа программного обеспечения медицинских устройств". Проектирование встроенных систем. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г. Получено 2010-09-09 .
  16. ^ ab "Учимся на чужих ошибках: анализ кода на основе данных". www.slideshare.net . 13 апреля 2015 г.
  17. ^ Сёдерберг, Эмма; Чёрч, Люк; Хёст, Мартин (2021-06-21). «Усовершенствования удобства использования статического анализа кода на основе открытых данных и их проблемы». Оценка и анализ в программной инженерии . EASE '21. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. стр. 272–277. doi :10.1145/3463274.3463808. ISBN 978-1-4503-9053-8.
  18. ^ О, Хакджу; Ян, Хонсок; Йи, Квангын (2015). «Изучение стратегии адаптации анализа программ с помощью байесовской оптимизации». Труды Международной конференции ACM SIGPLAN 2015 года по объектно-ориентированному программированию, системам, языкам и приложениям — OOPSLA 2015. стр. 572–588. doi :10.1145/2814270.2814309. ISBN 9781450336895. S2CID  13940725.
  19. ^ Логоццо, Франческо; Болл, Томас (15.11.2012). «Модульный и проверенный автоматический ремонт программ». ACM SIGPLAN Notices . 47 (10): 133–146. doi :10.1145/2398857.2384626. ISSN  0362-1340.

Дальнейшее чтение