Wie verhindert die statische Analyse Fehler und beschleunigt die Lieferung?

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Von Arthur Hicken

1. Mai 2023

9  min lesen

Bauen Sie mit statischer Analyse von Anfang an Qualität in Ihre Software ein – die einfachste und effektivste Aktivität, die Softwareingenieure durchführen können, um Fehler zu vermeiden und Code abzuhärten und gleichzeitig die Anwendungsbereitstellung zu beschleunigen.

Beim Engineering jeglicher Art von System zahlt sich die frühzeitige (und häufige) Überprüfung auf Fehler und die Behebung von Fehlern aus. Es ermöglicht Teams, die Menge an nachgelagerter Arbeit, die dem Projekt hinzugefügt wird, erheblich zu reduzieren.

Anstatt von vornherein bessere Software zu entwickeln, ist es verlockend, in eine gängige Mausefalle der Softwareentwicklung zu tappen und zu versuchen, am Ende des Lebenszyklus die Qualität des Softwareprojekts zu testen. Dieser Ansatz ist für viele verlockend, aber es ist wichtig, die Falle zu vermeiden, sich für die Produktqualität stark auf Komponenten- oder Funktionstests zu verlassen.

Einsatz von statischer Codeanalyse frühzeitig während der Softwareimplementierung unterstützt den Entwickler dabei, die Kontrolle zu übernehmen und die Codequalität von Anfang an in die Anwendung zu integrieren. Es ist wirklich die einfachste und effektivste Aktivität, die Softwareingenieure durchführen können, um Fehler zu vermeiden und Code abzuhärten, während gleichzeitig die Anwendungsbereitstellung beschleunigt wird.

Einige häufig gestellte Fragen zur statischen Analyse sind:

  • Was ist statische Codeanalyse in Software?
  • Was sind die Anwendungen der statischen Analyse in der Softwareentwicklung?
  • Kann die statische Codeanalyse automatisiert werden?
  • Was ist eine automatisierte statische Analyse?

Lassen Sie uns diese Fragen direkt ansprechen und sehen, wie Parasoft-Lösungen Entwicklern über Programmiersprachen und Sicherheitslücken hinweg zum Erfolg verhelfen.

Was ist statische Code-Analyse?

Statische Codeanalyse (oder statische Analyse) ist eine Softwaretestaktivität in der Softwareentwicklung, bei der der Quellcode auf Konstrukte analysiert wird, von denen bekannt ist, dass sie mit Softwarefehlern oder Sicherheitslücken in Verbindung gebracht werden. Wenn ein Konstrukt mit hohem Risiko erkannt wird, meldet das statische Analysetool einen Verstoß, den der Entwickler anzeigen und beheben kann.

Bevor wir einige der Hauptvorteile der statischen Analyse untersuchen, wollen wir die verschiedenen Arten der statischen Analyse und die Unterschiede zwischen ihnen untersuchen.

Kostenlose Anleitung: Erste Schritte mit der statischen Analyse

Es gibt einige Haupttypen der statischen Analyse, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. Die Bedingungen für jeden sind unten.

Musterbasierte statische Analyse

In seiner einfachsten Form scannt ein statisches Analysetool den Quellcode und prüft ihn gegen ein oder mehrere Regelwerke. Beispielsweise machen Ingenieure manchmal den Fehler, die Zeichenkette '\0' zu verwenden, wenn das Nullzeichen '\0' eigentlich beabsichtigt ist. Dieser Fehler kann zu einer Speicherbeschädigung führen und dazu führen, dass das Programm abstürzt oder andere unangenehme Dinge tut.

Ein statisches Analysetool sucht nach diesen Mustern im Code und meldet sie als mögliche Fehler. Diese Art der statischen Analyse wird als musterbasierte statische Analyse bezeichnet.

Bei einigen Mustern handelt es sich um einfache Syntaxprüfer – ähnlich einer Rechtschreibprüfung beim Schreiben. Andere Muster können viel ausgefeilter sein – sie analysieren und erkennen vollständige Muster, die mit subtilen Problemen verbunden sind. Ein großes Plus: Diese Art der statischen Analyse leidet fast nie Fehlalarm. Bei der Arbeit an Software, die sicherheitskritisch ist oder insbesondere an Software, die nicht ausfallen darf, ist diese Art der statischen Analyse besonders nützlich.

Durch die Bereitstellung „sicherer“ Alternativen zu „unsicheren“ Einrichtungen werden bekannte Probleme mit Funktionen auf niedriger Ebene vermieden. Im Wesentlichen werden Programme in einer „sichereren“ Teilmenge einer Obermenge geschrieben.

– Aus Joint Strike Fighter Air Vehicle C++ Coding Standards – Einführung

Moderne Software-Engineering-Standards wie Verband der Softwareindustrie für die Automobilindustrie (MISRA) und Joint Strike Fighter (JSF) basieren auf der Idee, dass bestimmte Konstrukte in sicherheitskritischem Code vermieden werden sollten, da Code in solchen Systemen möglicherweise Probleme hat. Die musterbasierte statische Analyse ist ein großartiges Werkzeug für Projekte, die diese Standards erfüllen müssen.

Durchflussanalyse

Die Flussanalyse, manchmal auch Kontrollfluss- oder Datenflussanalyse genannt, ist etwas anders. Diese Art der Codeanalyse prüft anhand einer Reihe von Regeln auf problematische Konstruktionen, während Entscheidungspfade und Datenwerte simuliert werden, um tiefer in die Anwendung einzudringen.

Dadurch kann der Prozess schwer zu findende Fehler wie die folgenden ausrotten.

  • Nullzeiger-Dereferenzen
  • Puffer läuft über
  • Sicherheitsmängel wie fehlerhafte Daten

Die Flow-Analyse ist insofern großartig, als sie echte Fehler in der Codelogik finden kann, aber eine gewisse Anzahl falsch positiver Ergebnisse sind eine bekannte Unvermeidlichkeit dieser Methode.

Zusätzliche Analysetypen

Es gibt auch andere Arten der statischen Analyse, die andere Arten von Zielen erreichen. Metrikanalyse-Tools messen beispielsweise Codemerkmale wie Codezeilen und Komplexität. Tools zur Abdeckungsanalyse verfolgen die Codeausführung durch Einheiten- und Anwendungstests, um ein besseres Verständnis dafür zu ermöglichen, wie gut der Code getestet wurde.

Wenn sie zusammen als Teil eines automatisierten Entwicklungstestprozesses verwendet werden, bieten diese Arten von Analysen einen signifikanten Einblick in die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Anwendung.

Statische Analyse: Wann sollte sie durchgeführt werden?

Das Motto von Parasoft ist „früh testen und oft testen“, um die meisten Probleme früher zu erfassen und Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren. Im Einklang mit diesem Ansatz ist kontinuierliches Testen während des gesamten Entwicklungsprozesses von entscheidender Bedeutung, jedoch nicht mehr als in den frühen Phasen der Entwicklung.

Eine statische Codeanalyse kann während der Implementierung durchgeführt werden, während der Code geschrieben wird. Rufen Sie es einfach in Ihrer IDE auf und beheben Sie alle identifizierten Verstöße während des Codierens.

In komplexen Projekten mit zahlreichen Software-Ingenieuren empfiehlt Best Practice jedoch ein agiles Vorgehen. Automatisieren Sie die statische Analyse in den Build-Prozess, sodass jeder Entwickler, der seinen Code festschreibt, seinen Code erstellt und eine statische Analyse darauf durchführt. Wenn Verstöße festgestellt werden, muss der Entwickler das Problem beheben, bevor der Code erfolgreich in den Hauptzweig integriert wird.

Dieser Ansatz behält eine saubere und konstant zuverlässige Codebasis bei und wird allgemein als Continuous Integration (CI) bezeichnet. CI ist Teil der DevOps-Methodik, bei der Entwickler auch andere Testmethoden wie Unit-Tests, Regressionstests, Codeabdeckung und mehr nutzen. Zu den Vorteilen von DevOps gehört ein inkrementeller Verifizierungs- und Validierungs-Workflow. Weitere Vorteile werden später in diesem Dokument erfasst.

Unterschiede zwischen statischer Analyse und dynamischer Analyse

Dynamische Analyse, manchmal auch Laufzeitfehlererkennung genannt, testet Codequalität, Sicherheit und Gesamtsicherheit mit Testmethoden wie:

  • Unit-Test
  • Integrationstests
  • Systemtests

Der Schlüssel Unterschied zwischen diesen beiden ist, dass die dynamische Analyse die Ausführung von Code erfordert. Die statische Analyse ermöglicht es Entwicklern, Tests ohne Ausführung auszuführen. Um jedoch subtilere Schwachstellen und Fehler im Code aufzudecken, ist die dynamische Analyse die bessere Option.

Risiken der fehlgeschlagenen statischen Analyse

Der Stand der Software wird immer komplexer. Beispielsweise kann ein durchschnittliches Auto über 1,000 Code ausführende MCUs und bis zu 100 Millionen Codezeilen enthalten! So viel elektronische Oberfläche – insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen wie Automobilen, medizinischen Geräten oder Avionik – erfordert einen rigorosen Engineering-Ansatz für Software, um einen fehlerfreien Code zu erzielen.

Die gute Nachricht ist, dass Organisationen wie OWASP, CERT und MITRE engagiert sich für die Erforschung und Veröffentlichung von Best Practices für die Programmierung, um Software-Ingenieuren dabei zu helfen, ihre Software-Projekte zum Erfolg zu führen. Es gibt auch spezielle Standardisierungsorganisationen, die Best Practices veröffentlichen, die häufig von Aufsichtsbehörden gefordert werden. Zum Beispiel, MISRA konzentriert sich auf die Unterstützung der Programmiersprachen C und C++. Diese Best Practices können in statischen Analysetools als Regeln kodifiziert werden, die Entwickler als Teil der Richtlinien einer Organisation implementieren, die Entwickler befolgen müssen.

Die Verwendung eines statischen Analysetools, das diese Programmierstandards implementieren und gleichzeitig in etablierte Entwicklungsprozesse integrieren kann, ist von entscheidender Bedeutung. Aus geschäftlicher Sicht erhöht das Versäumnis, Ihre Arbeit mit mindestens einem statischen Analysetool zu überprüfen, das Risiko der Bereitstellung oder Freigabe Ihrer Anwendungen erheblich.

Fehler können zu ausnutzbarem Code führen, den böswillige Hacker verwenden können, um das System zum Absturz zu bringen, vertrauliche Daten offenzulegen und vieles mehr. Bei sicherheitskritischer Software können die Folgen von Software-Schwachstellen weitaus gravierender sein.

So wählen Sie ein modernes statisches Analysewerkzeug aus

Vorteile der automatisierten statischen Analyse

Das Ausführen der statischen Analyse auf dem Desktop bietet einige Vorteile und kann für kleine Teams oder Projekte funktionieren. In großen Organisationen sollte die statische Analyse jedoch auch im Rahmen von nächtlichen Builds und kontinuierlicher Integration automatisiert werden. Wenn Sie DevOps als integralen Bestandteil des Entwicklungsprozesses implementieren, bietet die Analyse von Code mit statischer Analyse eine Reihe von Vorteilen, wie unten beschrieben.

Schnellerer Entwicklungszyklus

Während der Prozess anfangs mehr Zeit in Anspruch nehmen kann als die schnelle Entwicklung der Software ohne Analyse, werden die Effizienzgewinne im Laufe des Entwicklungslebenszyklus exponentiell. Durch die konsequente Durchführung statischer Analysen in den frühen Phasen des Projekts können Sie systemische Fehler finden und beheben, wenn die Kosten für die Behebung am niedrigsten sind.

Denken Sie daran, dass einige der gefährlicheren Fehler spät im Zyklus möglicherweise schwer zu beheben sind. Daher ist es entscheidend, sie frühzeitig zu finden.

Niedrigere Fehlerrate

Die statische Analyse hilft Ihnen, Fehler frühzeitig zu finden und zu beheben, wodurch das Wiederauftreten systemischer Fehler nachgelagerter Prozesse verhindert werden kann. Eine Politik der Früherkennung reduziert die Fehlerrate während des Entwicklungslebenszyklus und in den Bereitstellungs- und Wartungsphasen des Produktlebenszyklus.

FORTLAUFENDE VERBESSERUNGEN

Die DevOps wird allgemein verwendet, um eine Sammlung von Praktiken aufzunehmen, die die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit und Kommunikation erleichtern, die erforderlich sind, um Organisationen dabei zu helfen, ihre Entwicklungs- und Bereitstellungsprozesse zu optimieren und zu beschleunigen. Durch die abteilungsübergreifende gemeinsame Nutzung von Wissen und Aufgaben schaffen Unternehmen einen effizienten Prozess zur Beschleunigung des SDLC bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualitätsprozesse.

Damit DevOps funktioniert, müssen die Organisation und ihre Mitarbeiter einen agilen kollaborativen Workflow einführen. Scrum ist eine beliebte agile Methodik und Best Practice, die von Teams für die inkrementelle Entwicklung verwendet wird.

Scrum bezeichnet jedes Inkrement als Sprint und jeder Sprint trägt zur Verbesserung der Teamkommunikation, der gründlichen Planung und der Ausführung des Plans durch das Team bei. Dieser inkrementelle Prozess erleichtert Änderungen der Anforderungen, die Fähigkeit, neu identifizierte Risiken schnell anzugehen und ein konstantes Bereitschaftsgefühl aufrechtzuerhalten.

Diese sich ergänzenden agilen Methoden umfassen eine automatisierte Feedback-Schleife, die schrittweise die konsistente Anwendung von Qualitätsrichtlinien ermöglicht, während die Anforderungen von der Erstellung bis zur Produktion fortschreiten. Und jeder Sprint oder jede Iteration durch die DevOps CI-Schleife generiert die Daten, auf die Teams oder Abteilungen zugreifen und effektiv zusammenarbeiten müssen.

Diese Iterationen stellen die Codequalität sicher und liefern die Big Data, die zur Verbesserung des Entwicklungsprozesses sowie der Machenschaften oder Werkzeuge im DevOps-Workflow erforderlich sind.

Dadurch wird die statische Analyse zu einem Mittel zur kontinuierlichen, automatisierten Prozessverbesserung. Es bietet Entwicklern eine Möglichkeit, einen während der Veröffentlichung erkannten Fehler zu verstehen und zu untersuchen, oder für die QA, um festzustellen, ob es eine Möglichkeit gibt, Code zu härten und die Möglichkeit auszuschließen, dass diese Fehler in Zukunft auftreten.

Side-by-Side-Grafiken: Auf der linken Seite befindet sich eine Continuous-Integration-Continuous-Testing-Schleife, die den DevOps-Entwicklungsprozess zeigt. Rechts ist der Scrum-Prozess dargestellt, der die gerade Linie von der Produktvision über das Backlog bis hin zu Planungsmeetings mit 2-4-wöchigen Entwicklungssprints zeigt.

Fallstudien: Wie die statische Analyse Fehler verhindert

Nur über Konzepte zu sprechen, liefert keine konkreten Beweise. Es ist am besten, Tools in Aktion zu sehen, basierend auf den Ergebnissen, die sie in realen Szenarien liefern. Beispielsweise stand ein Parasoft-Kunde in der Avionik vor Herausforderungen mit der Einhaltung von DO-178C und der Möglichkeit, ein Tool an seine Bedürfnisse anzupassen.

Die Parasoft-Lösung C/C++test ermöglicht eine solche Anpassung und nutzt die statische Analyse des Quellcodes für mehrere Vorteile.

  1. Hilft beim Onboarding neuer Entwickler.
  2. Automatisiert den Codeüberprüfungsprozess.
  3. Bietet kontinuierliches Feedback.
  4. Bereitet die Software auf lange Lebenszyklen vor.

Das Fallstudie erläutert weiter, wie die statische Analyse Fehler in realen Szenarien verhindert.

Erstellen Sie Codequalität mit statischen Analysetools

Zu guten statischen Analysewerkzeugen gehört auch eine beschreibende Dokumentation über den implementierten Programmierstandard. Dies erweitert das Programmierwissen und die berufliche Entwicklung von Softwareingenieuren. Im Laufe der Zeit verbessert die Einhaltung dieser Standards auch die durchschnittliche Qualität des Codes, indem die Programmierer durch ständiges Feedback verbessert werden.

Möchten Sie eine noch schnellere Softwarebereitstellung? Verwenden Sie ein statisches Analysetool, das KI und maschinelles Lernen nutzt und automatisch alle identifizierten Fehler für die Behebung in der Reihenfolge ihrer Kritikalität oder Wichtigkeit und Reduzierung des Rauschens priorisiert

Informationen zur statischen Analyselösung von Parasoft

Es gibt mehrere statische Analysetools auf dem Markt, die von Open-Source-Dienstprogrammen bis hin zu vollständigen Entwicklungstestlösungen reichen. Die Softwaretestlösung von Parasoft bietet eine integrierte Plattform zur Automatisierung einer breiten Palette von Softwarequalitätsverfahren für mehrere Programmiersprachen. Es bietet auch aussagekräftige, umfassende Berichte und die Option für intelligente Analysen, die von Parasoft DTP unterstützt werden.

Für C und C++, zusätzlich zu einer vollständigen Palette statischer Codeanalysefunktionen und mehr als 2,500 Regeln, Parasoft C / C ++ test bietet eine einheitliche Lösung für Ihre Entwicklungstestpraktiken. Profi-Tipp: Das ist das Beste von allen Tools auf dem Markt, die auf Implementierungen von MISRA C 2023, MISRA C++ 202x, AUTOSAR C++ 14, Scott Meyers' Effective C++, Effective STL und anderen etablierten Quellen basieren.

Wie Parasoft C/C++test funktioniert

Parasoft C/C++test führt automatisierte Unit-Tests aus und generiert diese und ermöglicht verschiedene Arten der Codeabdeckung, darunter:

  • Line
  • Erklärung
  • Blockieren
  • Weg
  • Entscheidung (Zweig)
  • Einfacher Zustand
  • MC/DC-Abdeckung

Es bietet auch eine Laufzeitanalyse und wird mit einem Tool-Qualifizierungskit zur Einhaltung von Standards für funktionale Sicherheit geliefert.

Zusätzliche Parasoft-Lösungen

Parasoft bietet volle statische Codeanalyseunterstützung für die Java-Sprache mit Test und für die .NET-Sprache mit dotTEST.

Genau wie bei C und C++ handelt es sich um vollständig integrierte Lösungen, die mehr als nur statische Analysen bieten, sodass Sie eine umfassende Lösung erhalten, die Ihre Softwaretests effizienter und einfacher macht. Ein Benutzer kann Code mit der statischen Analyse von Parasoft auf dem Desktop analysieren und ihn auch in Ihre automatisierten Builds integrieren, damit Sie Fehler kontinuierlich und automatisch verhindern können.

Wie Parasoft Ihnen hilft, nach links zu wechseln

Um automatisierte Workflows zu erhalten, die die Zusammenarbeit und Effizienz verbessern, werden diese statischen Analyse-Engines integriert Parasoft DTP das Workflows für die Integration von Qualität in Ihr SDLC bereitstellt. Sie können Ihre Entwicklungsrichtlinie definieren und dann automatisch nichtfunktionale Anforderungen durchsetzen.

Beispielsweise wird während des Builds automatisch eine statische Analyse durchgeführt und Verstöße werden an DTP gemeldet. Anschließend werden sie verarbeitet, und die Ergebnisse werden an die IDE des Technikers zurückgesendet, um sie zur Behebung anzuzeigen.

DTP führt auch intelligente Analysen durch, die es diesen Workflows ermöglichen, die Qualität und das Risiko Ihrer Softwareentwicklung automatisch zu bewerten. Beispielsweise kann DTP nach systemischen Problemen im Zusammenhang mit dem Programmierprozess suchen. Es kann auch eine schwerwiegende Verletzung des Codes, die von einem Junior-Ingenieur erstellt wurde, mit einer Reihe von Komponententests und Abdeckungsinformationen korrelieren, um festzustellen, wie viel Risiko mit dem Modul verbunden ist.

Wenn die Korrelation auf ein Risikoniveau über einem bestimmten Schwellenwert hindeutet, kann der Verstoß einen bestimmten Arbeitsablauf zur kontinuierlichen Prozessverbesserung auslösen, der neben den normalen Fehlerbeseitigungsaufgaben eine Peer-Code-Überprüfung und zusätzliche Analysen umfasst.

Fazit

Die statische Codeanalyse ist ein wichtiger Bestandteil, um sicherzustellen, dass Anwendungen wie erwartet funktionieren. Es reduziert Risiken im Zusammenhang mit der Veröffentlichung potenziell riskanter Software und verbessert die Gesamtgeschwindigkeit des Entwicklungsteams. Die Integration der statischen Analyse in eine größere Softwaretestinfrastruktur maximiert die Effektivität der Praxis.

Parasoft bietet eine Codeanalyse- und Testlösung der Enterprise-Klasse in C/C++test, Jtest und dotTEST sowie ein fortschrittliches Analyse- und Berichtssystem in DTP. Durch die Kombination dieser Technologien können Softwareentwicklungsteams die Softwarebereitstellung beschleunigen und gleichzeitig sicherstellen, dass ihre Anwendungen wie erwartet funktionieren.

Statische Codeanalyse für die eingebettete Entwicklung

„MISRA“, „MISRA C“ und das Dreieckslogo sind eingetragene Marken von The MISRA Consortium Limited. ©The MISRA Consortium Limited, 2021. Alle Rechte vorbehalten.

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Von Arthur Hicken

Arthur Hicken ist ein Evangelist bei Parasoft, wo er seit über 30 Jahren an der Automatisierung verschiedener Softwareentwicklungspraktiken beteiligt ist. Er hat an Projekten gearbeitet, die den Lebenszyklus der Softwareentwicklung, Anwendungssicherheit, funktionale Sicherheit und Softwaresicherheit in Branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt und Medizin umfassten. Arthurs beliebter Blog Code Curmudgeon ist bekannt für seine Hall-of-Shame-Listen, die SQL-Injections und IoT-Schwachstellen abdecken. Er hat auch einen YouTube-Kanal mit Softwareentwicklungs- und AppSec-Videos. Als Experte auf seinem Gebiet spricht Arthur häufig auf Konferenzen über Entwicklungsstrategien, Compliance und Best Practices für Sicherheit. Als Mitglied von Organisationen wie CERT, IEEE, UL und ASQ befasst er sich mit Softwaresicherheit und Sicherheitsstandards.

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