作者：Shawn Prestridge，IAR資深現(xiàn)場應用工程師 / 美國FAE團隊負責人

安全一直都是一個非常熱門的話題，似乎每周都會聽到這樣的消息：某某公司如何被入侵，數(shù)百萬用戶的數(shù)據(jù)被泄露。

我們看到這么多的安全問題，部分原因在于我們對待安全的方式：安全性通常被認為是事后考慮的問題，是在開發(fā)結束時才添加到設備上的東西。然而，復雜的系統(tǒng)，尤其是嵌入式系統(tǒng)，有一個很大的攻擊面，這讓攻擊者有機可乘，能夠在“盔甲”上找到破綻。如果你去研究大部分黑客試圖入侵系統(tǒng)的方式，你很快就會發(fā)現(xiàn)，在他們的武器庫中，他們最喜歡的手段就是尋找和利用設備的軟件漏洞。

如果軟件漏洞是黑客所利用的入口，那么我們就需要提高自己的代碼質量來解決這個問題。但是，這個問題有多嚴重，我們能做什么來解決它呢？

代碼漏洞容易成為黑客的目標

代碼質量糟糕實際上是一個普遍存在的問題，而且有相當多的證據(jù)支持這樣的說法：糟糕的編碼直接導致了漏洞。雖然許多軟件工程專家多年來一直在宣揚這一點，但人們第一次真正意識到這一點也許是在2001年，當時紅色代碼（Code Red）蠕蟲對微軟的互聯(lián)網信息服務（IIS）施加了緩沖區(qū)溢出攻擊。[1]雖然第一個有記載的緩沖區(qū)溢出攻擊發(fā)生在1988年，針對的是Unix的finger指令，但對普通人的影響十分有限，因此沒有上頭條新聞。

由于紅色代碼造成了大規(guī)模的互聯(lián)網減速，并在新聞報道中鋪天蓋地的傳播，突然間，我們隨處都能看到緩沖區(qū)溢出攻擊的增加，看上去安全研究人員和黑客都在各種系統(tǒng)（包括嵌入式系統(tǒng)）中到處尋找這些漏洞。利用緩沖區(qū)溢出攻擊，黑客可以在受影響的系統(tǒng)上運行他們想要運行的任何代碼，其目標是使用固定長度的緩沖區(qū)來保存文本或數(shù)據(jù)的一切代碼。黑客將緩沖區(qū)空間填充到最大，然后在合法緩沖區(qū)空間的末端寫下可執(zhí)行代碼。然后，被攻擊的系統(tǒng)就會執(zhí)行緩沖區(qū)末端的代碼，在許多情況下，這就可以使攻擊者為所欲為了。[2]

這種類型的攻擊之所以成為緊急事件，是因為當時檢查和執(zhí)行緩沖區(qū)限制的編碼并不普遍，但現(xiàn)在許多編碼標準，如mitre.org的通用缺陷列表（Common Weakness Enumeration，CWE），都建議檢查緩沖區(qū)是否存在這種類型的漏洞。[3]遺憾的是，開發(fā)人員在編寫代碼時普遍都不去尋找這個問題，通常需要代碼分析工具來發(fā)現(xiàn)這些問題，這樣開發(fā)人員才會意識到問題的存在并加以修復。像這樣一個簡單的代碼質量改進，就可以消除黑客最常使用的手段之一，從而大大提高代碼的安全性。因此，檢查并執(zhí)行代碼中的緩沖區(qū)長度，這樣的編碼才是好編碼。

不僅僅是緩沖區(qū)溢出

然而，問題不僅僅在于緩沖區(qū)溢出，這實際上是一個系統(tǒng)性問題，草率的編碼通常會導致無數(shù)的安全漏洞，而黑客可以利用這些漏洞來入侵系統(tǒng)。美國軟件工程學會（SEI）發(fā)表的一篇論文將這一點說得非常清楚：

“......質量性能指標為確定高質量產品、預測安全和保障結果提供了依據(jù)。通用缺陷列表（CWE）中的許多內容，如編程語言結構的不當使用、緩沖區(qū)溢出、驗證輸入值失敗等，都可能與低質量的編碼和開發(fā)過程有關。提高代碼質量是解決一些軟件安全問題的必要條件?！盵4]

該論文還指出，因為許多安全問題是由軟件漏洞引起的，因此可以像處理更普通的編碼漏洞一樣處理安全問題，您可以應用傳統(tǒng)的質量保證技術來幫助解決至少一部分安全問題。

既然正常的軟件質量保證過程可以讓我們估計系統(tǒng)中剩余的漏洞數(shù)量，那么可以對安全漏洞做同樣的事情嗎？雖然SEI沒有確認代碼質量和安全性之間的數(shù)學關系，但他們確實指出，1%到5%的軟件漏洞是安全漏洞，并繼續(xù)指出，他們的證據(jù)表明當安全漏洞被追蹤時，他們可以準確地估計系統(tǒng)中的代碼質量水平。[4]這最終表明，代碼質量是安全的必要條件（但不是充分條件），真正讓“安全性可以被視為開發(fā)結束時才添加到設備上的東西”這一概念不攻自破。相反，安全性必須貫穿項目的DNA，從設計到編碼，一直到生產。

編碼標準可提供很大的幫助

許多最常見的安全漏洞都在諸如mitre.org的通用缺陷列表等編碼標準中得到了解決，并指出了需要關注的其他方面，如除零錯誤、數(shù)據(jù)注入、循環(huán)不規(guī)則、空指針利用和字符串解析錯誤。MISRA C和MISRA C++還提倡編碼的安全性和可靠性，以防止安全漏洞滲入你的代碼。雖然這些編碼標準可以捕捉到許多常見的漏洞，但開發(fā)人員在編寫代碼時必須考慮得更長遠：黑客是如何利用我剛剛編寫的代碼的？漏洞在哪里？我是否對輸入會是什么樣子以及輸出會如何使用做了假設？一個好的經驗法則是，如果你在做假設，那么這些假設應該變成代碼，以確保你所期待的東西實際上就是你所要得到的。如果你不這樣做，那么黑客就會出手了。

但是開源軟件呢？在設計中使用開源組件的典型論點依賴于“已在使用中被證明”（proven in use）的論點：這么多人使用它，它一定是好的。SEI的同一篇論文對于這個問題也有一些闡述：

“除了免費之外，開源所宣揚的好處之一，就是認為‘有很多人關注源代碼意味著安全問題可以很快被發(fā)現(xiàn)，任何人都可以修復漏洞，不需要依賴供應商’。然而，現(xiàn)實情況是，如果沒能有紀律地、一致地把關注點放在消除漏洞上，安全漏洞和其他漏洞將出現(xiàn)在代碼中?！盵4]

換句話說，SEI認為，“已在使用中被證明”的論點毫無意義，并且在將質量保證應用于開源代碼時，會讓人想起Anybody、Somebody、Nobody和Everybody的故事。此外，你的測試并不足以證明代碼是令人滿意的。SEI表示，像CWE這樣的代碼質量標準可以發(fā)現(xiàn)你代碼中的問題，而這些問題往往不會在標準測試中被發(fā)現(xiàn)，通常只有在黑客利用漏洞時才會被發(fā)現(xiàn)。[4]為了證明這一點，2020年5月，普渡大學的研究人員展示了在Linux、macOS、Windows和FreeBSD中使用的開源USB堆棧的26個漏洞。[5]所以，談及安全性時，代碼質量是關鍵，并且所有代碼都很重要。

代碼分析工具有助于遵守標準

在解決代碼質量問題上，我們可以做些什么來提高自己應用程序的安全性呢？簡單的答案就是使用代碼分析工具，這些工具有兩種基本類型：靜態(tài)分析工具和運行時（或動態(tài)）分析工具，靜態(tài)分析只查看應用程序的源代碼，而運行時分析則是對代碼進行檢測，尋找空指針和數(shù)據(jù)注入方法等漏洞。IAR可以同時提供這兩種工具，包括靜態(tài)分析工具IAR C-STAT和運行時分析工具IAR C-RUN，它們都完全集成在IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境中。高質量的代碼分析工具包括對CWE、MISRA和CERT C的檢查。CERT C是另外一種編碼標準，旨在促進編碼安全。這三個規(guī)則集共同構成了一個優(yōu)質組合，有助于實現(xiàn)可提升安全性的編碼：一些規(guī)則集與其他規(guī)則集有重合之處，但也提供了一些獨特的功能，可以幫助確保你的代碼具有高度的安全性。使用這些標準也有助于確保你擁有最高的代碼質量，甚至可能發(fā)現(xiàn)代碼中的一些潛在漏洞。

高質量的代碼就是安全的代碼

保證代碼質量才能確保代碼安全。不要把代碼質量的責任推給別人，因為別人的漏洞很可能給你帶來安全性方面的噩夢。但希望還是有的，因為代碼分析工具可以幫助你在漏洞找麻煩之前迅速發(fā)現(xiàn)問題。通往安全的道路總是要經過代碼質量這一關口。