软件安全性需求形式化建模和验证

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发表于 2022-8-28 17:26:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
软件安全性是软件可信性的重要属性之一,是软件运行不引起危险和灾难的能力。软件没有硬件所具有的物理和化学属性,因此它不会造成直接的人身和财产损害。但是软件中存在的错误有可能通过硬、软件的接口使硬件发生误动或失效,造成严重的安全事故。另外,软件储存的或提供的数据是有关安全的重大决策的依据,那么软件错误同样会给人类和社会造成严重的损害。软件安全性题目特别和需求相关,同时因为软件需求是软件工作真正意义上的开端,所以软件安全性需求工作的质量也影响和决定了软件系统的安全性。软件安全性的理论研究和工程管理在国外起步较早,形成了一系列的相关标准和手册,它们也是软件安全性合格审定的依据来源。参照标准和手册的人工分析和验证是目前软件安全性需求工作的常用方法和手段,但是人工分析和验证虽然参照和遵循标准手册,但却无法提供客观的、稳定的形式证据,同时耗时长、效率低、无法考察需求的动态特性,而且结果因个人能力存在明显的主观差异性、对于存在题目的错误修改会引入和放大无谓的工作量。这些情况都表明对软件安全性需求仅仅使用人工分析的方法并不能满足安全关键软件对可信性质的严苛要求。软件不可信源于人脑的有限能力不能满足软件的日益复杂性,软件生产是智力高度密集的过程,任何一个环节的主观失误都会被传递、散播和放大。形式化方法的精确性能以一种严格的方式保证可信软件的正确构建,最大限度的避免了主观错误的发生。从高层规约直至最终实现的过程中,选用适当的、以形式化方法为基础的工具进行辅助设计和验证,对提高安全关键系统的可信度有很大帮助。因此,本论文基于国际上软件安全性领域内的权威标准和手册,将形式化理论和方法应用于软件安全性需求建模和验证的工作中,力求以一个前后完整的需求建模和验证工作过程来体现形式化理论和方法的价值,提高形式化理论和方法对软件安全性需求建模和验证的支持能力,主要的研究内容包括:1.软件安全性需求过程研究。论文对国内外公认的软件安全性领域相关的标准和手册进行了遴选,将软件安全性需求分析和验证过程划分为三个子阶段:软件和系统安全性子阶段、软件安全性策划子阶段和软件需求子阶段,描述了子过程内的工作和过程间的关联。通过对软件安全性需求分析和验证过程的研究,为后续建立软件安全性需求本体模型和相应子模型做好准备,同时也为后续的软件安全性需求的静态验证做好准备。2.软件安全性需求形式化建模研究。论文基于本体建模方法-“七步法”建立了软件安全性需求的本体模型,以本体模型为指导,给出了E-R概念模型的概貌和相应子过程模型,为后续软件安全性需求静态验证做好模型准备。论文考虑到软件系统的安全性和动态行为的复杂性,提出了软件安全Petri网,扩展了Petri网的库所、变迁和权函数,给出了安全距离的定义,给出了扩展后的Petri网模型元素的形式化定义、迁移使能和引发规则,为后续的软件安全性需求动态验证做好模型准备。3.软件安全性需求形式化验证研究。论文根据以上建立的软件安全性需求工作过程,提取了不同子阶段的需求形成验证规则并给出其形式化描述,为工具原型的静态验证函数定义提供支持;分析了模型检验工具-NuSMV的程序结构,给出了扩展Petri网SEPN和NuSMV程序结构之间的语义映射关系和验证代码自动生成算法,设计并实现了SEPN模型自动划分和定级的递归算法,为工具原型的动态验证函数定义提供支持。4.工具原型设计研究。论文简要介绍软件安全性需求建模和验证工具原型的功能和设计,包括功能概述、系统设计、表设计、关系设计、查询设计、静态建模和验证界面设计和动态建模和验证界面设计。5.实验和实例应用。论文设计了三个软件作为静态验证对象,选取了四个不同背景的实验人员分为形式化工具组和人工分析组进行安全性分析验证,记录实验数据并对验证效率和修改效率进行对比分析,实验结果表明形式化工具组在发现题目的个数、所需时间和效率方面明显优于人工分析组,形式化工具对题目的准确定位、准确描述和修改建议使得题目的修改和回归的时间、次数和效率也明显优于人工分析组。论文最后选取了典型的机载安全关键软件作为实例,利用工具原型实施系统的软件安全性需求建模和验证。实例应用的结果表明形式化工具可以很好的支持软件安全性需求建模和验证,可以快速高效的发现软件需求中存在的安全性题目,并且给出题目描述、修改建议和反例路径来方便修改和回归,有利于提高软件系统的安全性。





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