軟件安全性測試

李化隆

中圖分類號：TP393.09文獻標識碼：A文章編號：1673-0992(2009)10-097-01

摘要：通過討論軟件安全性與軟件可靠性的關系，闡明軟件可靠性對于軟件安全性的作用。在此基礎上，進而探討軟件安全性測試的主要方法和技術。

關鍵詞：軟件；可靠性；安全性；安全性測試

計算機廣泛地應用于監(jiān)視和控制復雜的、實時性強的設備和生產(chǎn)過程，在其中，一個運行時的錯誤或失效，就可能造成人員死亡、人身傷害、財產(chǎn)損失或環(huán)境污染。由于使用計算機的潛在利益很大，人們把原先只由操作人員或用經(jīng)過驗證的模擬方法完成的功能越來越多地用計算機去完成。交通、能源、航空航天、基礎工業(yè)、醫(yī)療及國防的意外事故通常是由多種因素造成的，而且每一個因素與其他的因素之間的相互作用十分復雜，人們甚至還無法弄清楚其中的一些簡單的相互作用。對于這些系統(tǒng)中使用的軟件，人們發(fā)現(xiàn)他們正面臨著許多困難而急待解決的安全性問題。

電子計算機的強大功能以及高度自動化的過程能力使系統(tǒng)的軟件和硬件的復雜性顯著增加。使得因人類所犯的錯誤而引起的設計故障的數(shù)目呈非線性增長。由于這項復雜性，使得企圖證明一個實際控制系統(tǒng)的計算機硬件和軟件的設計是正確的，或企圖證明系統(tǒng)內(nèi)的失效機制已被完全消除，都成為徒勞無益的、對于人們又是力所不及的活動。加之對于大型復雜軟件系統(tǒng)的窮舉測試是不可能做到的，許多軟件又不可能在實際環(huán)境中進行測試(尤其是武器裝備系統(tǒng))，使得軟件系統(tǒng)的安全性問題顯得更加突出。

通過實際的經(jīng)驗教訓，人們逐漸認識到在軟件可靠性與軟件安全性兩者之間有著對立統(tǒng)一的復雜關系，同時考慮到軟件可靠性與軟件安全性各自的特點，有人主張用不同的方法來處理軟件安全性的問題。

一、軟件安全性測試的種類

軟件安全性證明包括兩個方面的問題：

第一，表明軟件的故障不可能發(fā)生，也即是說，在采取措施之后，軟件不可能進入不安全狀態(tài)或者不可能導致系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)。

第二，表明即使發(fā)生軟件故障，該故障也不是危險的。

安全功能測試基于軟件的安全功能需求說明，測試軟件的安全功能實現(xiàn)是否與安全需求一致，需求實現(xiàn)是否正確完備。軟件主要的安全功能需求包括數(shù)據(jù)機密性、完整性、可用性、不可否認性、身份認證、授權、訪問控制、審計跟蹤、委托、隱私保護、安全管理等。安全漏洞測試從攻擊者的角度，以發(fā)現(xiàn)軟件的安全漏洞為目的。

二、軟件安全性測試的方法

1.形式化安全測試

模型檢測用狀態(tài)遷移系統(tǒng)S描述軟件的行為，用時序邏輯、計算樹邏輯或演算公式F表示軟件執(zhí)行必須滿足的性質，通過自動搜索S中不滿足公式F的狀態(tài)來發(fā)現(xiàn)軟件中的漏洞。

2.基于模型的安全功能測試

基于模型的測試方法是對軟件的行為和結構進行建模，生成測試模型，由測試模型生成測試用例，驅動軟件測試[4]。常用的軟件測試模型有有限狀態(tài)機、UML模型、馬爾可夫鏈等。

Mark Blackburn、Robea Busser研究了基于模型的安全功能測試。主要項目支撐是NIST Computer Security Division(CSD)部門的項目Automated Security Functional Testing。主要思路是利用SCRModeling工具對軟件的安全功能需求進行建模，使用表單方式設計軟件的安全功能行為模型，將表單模型轉換為測試規(guī)格說明模型，利用T-VEC工具生成測試向量(由一組輸入變量，期望輸出變量組成)，開發(fā)測試驅動模式和目標測試環(huán)境的對象映射，將測試向量輸入測試驅動模式執(zhí)行測試。這種方法是一種一般的安全功能測試方法，它的適用范圍取決于安全功能的建模能力，特別適用于建模用與或子句表達邏輯關系的安全需求，對授權、訪問控制等安全功能測試比較適用。

3.語法測試

語法測試是根據(jù)被測軟件的功能接口的語法生成測試輸入，檢測被測軟件對各類輸入的響應。接口可以有多種類型，命令行、文件、環(huán)境變量、套接字等。語法測試基于這樣一種思想，軟件的接口或明確或隱含規(guī)定了輸入的語法。語法定義了軟件接受的輸入數(shù)據(jù)的類型、格式。語法定義可采用BNF或正則表達式。語法測試的步驟是識別被測軟件接口的語言，定義語言的語法，根據(jù)語法生成測試用例并執(zhí)行測試。生成的測試輸入應當包含各類語法錯誤，符合語法的正確輸入。不符合語法的畸形輸入等。通過察看被測軟件對各類輸入的處理情況，確定被測軟件是否存在安全缺陷。語法測試適用于被測軟件有較明確的接口語法，易于表達語法并生成測試輸入的情況。語法測試結合故障注入技術可得到更好的測試效果。

4.模糊測試

模糊測試(Fuzz Testing)是一種發(fā)現(xiàn)安全漏洞的有效的測試方法，在安全性測試中越來越受到重視。模糊測試將隨機的壞數(shù)據(jù)插入程序，觀察程序是否能容忍雜亂輸入。模糊測試是不合邏輯的，只是產(chǎn)生雜亂數(shù)據(jù)攻擊程序。采用模糊測試攻擊應用程序可發(fā)現(xiàn)其他采用邏輯思維來測試很難發(fā)現(xiàn)的安全缺陷。

5.基于屬性的測試

相關報道描述了基于屬性的測試方法，采用TASPEC語言對軟件的安全屬性進行描述生成安全屬性規(guī)格說明，利用程序切片技術抽取與這個安全屬性相關的代碼，測試這部分代碼是否違反安全屬性規(guī)格說明。基于屬性的測試有針對性的測試目標軟件的特定安全屬性，可滿足安全屬性的分類和優(yōu)先級排序要求，且部分與具體軟件無關的屬性規(guī)格說明是可重用的。

三、結束語

軟件安全是信息安全體系的重要組成部分，軟件開發(fā)人員和測試人員已經(jīng)認識到安全性測試的重要作用。未來軟件安全性測試技術主要發(fā)展方向包括：軟件授權、訪問控制等安全功能建模與測試研究；形式化安全測試方法研究；基于風險的安全測試及其在軟件工程實踐中的應用；模糊測試、語法測試、基于屬性的安全測試方法研究；另外近年來基于web服務的分布式軟件快速發(fā)展，如何對web服務開展安全性測試是分布式軟件安全性測試面臨的嶄新課題。

參考文獻：

[1鄭人杰.計算機軟件測試技術.北京：清華大學出版社，1992

[2]朱鴻，金凌紫.軟件質量保障與測試.北京：科學出版，1997

[3]黃錫滋.軟件的可靠性和安全性.北京：科學技術出版社，1994

[4]顏炯，王戟，陳火旺.基于模型的軟件測試綜述.計算機科學，2004.31