保障嵌入式软件安全可靠的7个方法

为确保嵌入式软件的安全可靠，本文提出了七个关键方法，这些方法主要通过静态分析和形式化方法来实现。Edsger Dijkstra的名言提醒我们，软件测试能够发现缺陷，但无法证明软件中不存在任何缺陷。为了填补这一空缺，采用静态分析和形式化方法显得尤为重要。以下是这些方法的具体说明： 1. 使用静态分析工具：静态分析是一种检查程序源代码而不执行程序的技术。工具如Polyspace® BugFinder™和Polyspace CodeProver™可用于识别运行时错误、代码缺陷、编码规范和安全规范的符合情况以及生成代码度量报告。静态分析工具能够为开发人员提供及时反馈，并帮助他们检测代码中可能的运行时错误和代码缺陷。 2. 形式化方法的应用：形式化方法通过精确的数学模型来描述软件系统的行为，从而验证软件的正确性。Polyspace CodeProver™采用抽象解释法，这种方法考虑所有可能的输入、运行路径，确保软件在所有运行条件下都是安全的。此外，形式化方法能提供变量的范围信息，并与控制流和数据流映射，以此来证明软件中没有严重的运行时错误。 3. Polyspace TÜVSÜD的验证能力：Polyspace TÜVSÜD能够证明单元代码和集成代码是否存在严重的运行时错误，无需测试用例。这一验证能力证明了嵌入式系统中软件的安全性和可靠性，并且支持多种功能安全标准，包括IEC62304、ISO26262、IEC61508等。 4. 代码审查与测试用例设计：尽管测试是验证软件的重要手段，但在嵌入式系统中，仅依靠测试可能无法全面检测到运行时缺陷。静态分析工具可以帮助设计测试用例，通过静态分析自动执行许多手动验证任务，补充测试用例，从而提高测试的覆盖率和有效性。 5. 代码的持续改进和编码规范的遵循：静态分析工具提供的反馈可以帮助开发人员强制遵循编码规范，识别并修正潜在的缺陷。MISRA®等编码标准的遵循，可以减少错误和缺陷，提升软件质量。 6. 多线程与变量范围的分析：多线程环境下的竞争条件(race condition)是常见的错误来源。使用静态分析工具可以证明代码中不存在这类缺陷，同时能够跟踪源代码中的缺陷，并提供详细的控制流和数据流信息。 7. 识别和避免安全漏洞：通过静态分析和形式化方法，可以识别和避免安全漏洞，如缓冲区溢出、非法指针解除引用和未初始化的变量等。符合ISO17961、CWE等安全标准的工具能够确保嵌入式软件不包含这些常见且危险的安全漏洞。 在现代嵌入式软件开发流程中，静态分析工具和形式化方法的运用已经成为确保软件质量和可靠性的关键。跨国高科技公司如日产、空客、德尔福等都采用了这种方法，并将其纳入到基于模型的设计工具链中，进一步增强了软件开发的效率和安全性。通过结合静态分析和形式化方法，开发团队能够不仅发现软件缺陷，而且能够证明软件的正确性，从而提高嵌入式系统的整体安全性和可靠性。