專利名稱：基于安全知識庫的安全需求獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種在軟件開發(fā)需求階段的安全需求獲取方法，旨在提高軟件的安全性和可信程度，屬于軟件安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計算機軟件的廣泛應(yīng)用，軟件安全問題已成為各行業(yè)用戶關(guān)注的焦點。有效的設(shè)計和開發(fā)可信軟件是當(dāng)今軟件開發(fā)者的重要目標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗軟件開發(fā)過程中，越早發(fā)現(xiàn)問題，則修復(fù)此問題所耗的代價越小。研究數(shù)據(jù)也表明當(dāng)安全分析和安全工程在軟件開發(fā)的早期就引入軟件開發(fā)的回報率高達(dá)10% 20%。從過程化軟件工程角度來講，需求分析是軟件開發(fā)的第一步。那么，高質(zhì)量的需求分析對于高效開發(fā)安全軟件就有著至關(guān)重要的作用。安全需求工程作為可信軟件開發(fā)生命周期的初始階段，在安全軟件的構(gòu)建過程中起著舉足輕重的作用。當(dāng)前對安全需求相關(guān)領(lǐng)域的研究很多，安全需求工程方法也是百花齊放。比如有面向技術(shù)的安全需求方法，面向工具與語言的安全需求方法和面向過程的安全需求方法等。然而目前尚沒有統(tǒng)一廣泛的安全需求方法，而且這些方法都有一個共同的特征，即都需要安全專家的參與實施。其實質(zhì)是安全專家根據(jù)已有的經(jīng)驗對系統(tǒng)進行分析， 從而達(dá)到獲取安全需求的目的。由于安全需求的主觀性，安全需求的效果過多的依賴于實施者的經(jīng)驗技能，不具有普遍性。CC(Common Criteria)是第一個國際化的安全評估準(zhǔn)則，是為軟件安全性能的評估而開發(fā)的，它將安全需求分為安全功能需求和安全保證需求兩部分，提出安全功能組件、 安全保證組件和安全保證等級等概念，安全功能組件給出需求階段的安全功能需求抽象描述，安全保證組件從需求、設(shè)計、編碼、測試到運行維護各階段保證安全功能的實施。CC作為國際安全評估標(biāo)準(zhǔn)，不僅僅用于軟件安全評估，而且對于安全軟件開發(fā)起指導(dǎo)作用。綜上所述，先階段針對安全需求工程方法的研究百花齊放，但沒有統(tǒng)一的安全需求分析和獲取方法。而且這些方法普遍依賴于安全專家的主觀經(jīng)驗，安全需求工程過程的實施耗費大量時間和精力，效率十分低下。CC安全評估標(biāo)準(zhǔn)在國際上影響廣泛，并且可以很好的指導(dǎo)安全需求開發(fā)，但是它只是作為一個指導(dǎo)原則，并沒有形成到系統(tǒng)的安全需求方法中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種效率高，能夠快速進行安全需求分析，獲取安全需求信息的方法。本發(fā)明的安全需求獲取方法，基于CC標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建資產(chǎn)威脅知識庫，從系統(tǒng)功能用例圖出發(fā)，確定資產(chǎn)威脅，繼而使用CC安全功能組件進行威脅緩和，獲取安全需求。從而降低安全需求開發(fā)成本，提高軟件開發(fā)效率，進而提高了軟件的安全性。一種基于安全知識庫的安全需求獲取方法，包括下列兩個方面
1)構(gòu)建包括資產(chǎn)、威脅和安全功能組件三部分的資產(chǎn)威脅知識庫a.將資產(chǎn)分為角色、數(shù)據(jù)、資源和服務(wù)四類，對于每一類資產(chǎn)，又可以繼續(xù)劃分子類，這樣不斷細(xì)化，從而確定一棵由粗到細(xì)的資產(chǎn)樹結(jié)構(gòu)；除了類別關(guān)系，資產(chǎn)之間還具有包含關(guān)系，當(dāng)一個資產(chǎn)中存在可再分的細(xì)粒度實體，且細(xì)粒度實體是此資產(chǎn)特有的組成部分，即稱此資產(chǎn)包含一個或多個子資產(chǎn)，并將這些子資產(chǎn)稱為特殊資產(chǎn)，特殊資產(chǎn)并不考慮類別屬性，只與其父資產(chǎn)有關(guān)聯(lián)。b.將威脅分為假冒、否認(rèn)、數(shù)據(jù)篡改、信息泄露和拒絕服務(wù)五大類，對于每一類威脅，構(gòu)造其抽象威脅樹模型，將威脅不斷細(xì)化描述，得到一棵威脅樹；對于威脅樹中每個葉子節(jié)點的具體威脅，建立兩個屬性危害等級和候選安全功能組件，威脅對應(yīng)的候選安全功能組件的選取一方面通過現(xiàn)有的CC評估文檔中典型威脅與特定安全功能組件集得對應(yīng)， 另一方面從CC文檔安全功能組件中獲取相應(yīng)組件進行緩和；C.建立資產(chǎn)和威脅之間的對應(yīng)關(guān)系，進一步還建立資產(chǎn)子類與威脅子樹某一節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系，更進一步的對于特殊資產(chǎn)，建立其與具體威脅和攻擊模式之間的對應(yīng)關(guān)系；2)安全需求獲取過程a.用例分析對系統(tǒng)的功能用例進行分析；b.確定資產(chǎn)將確定的資產(chǎn)在資產(chǎn)威脅知識庫中進行查找匹配，若庫中已存在該資產(chǎn)則自動獲其相應(yīng)的威脅信息；若資產(chǎn)庫中無對應(yīng)資產(chǎn)，需根據(jù)資產(chǎn)所屬類、子類等手動添加資產(chǎn)信息至資產(chǎn)威脅知識庫中。資產(chǎn)對應(yīng)的威脅即為所屬層次類別對應(yīng)的威脅；c.威脅分析根據(jù)威脅的危害等級，對于可能造成重要信息數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)崩潰或系統(tǒng)功能失效的威脅，結(jié)合威脅的候選安全功能組件，選取合適的安全功能組件進行威脅緩和；d.細(xì)化安全需求結(jié)合應(yīng)用實例進行對安全功能組件細(xì)化描述，形成詳細(xì)的安全需求；e.安全需求迭代對安全需求進行分析，確定新資產(chǎn)，形成新一輪的安全需求獲取。本發(fā)明以提高軟件系統(tǒng)的安全性為目的，在CC國際安全評估標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于資產(chǎn)威脅知識庫的安全需求獲取方法，以期盡早的發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中可能存在的安全威脅，降低修補成本，提高軟件的安全性。預(yù)期的有益效果包括1)本發(fā)明結(jié)合CC國際標(biāo)準(zhǔn)，引入安全功能組件描述安全需求，具有一定的權(quán)威性，更有利于指導(dǎo)進一步的設(shè)計開發(fā)。同時基于本發(fā)明可以很方面的生成CC評估的ST文檔，為進行CC安全評估打下了良好的基礎(chǔ)。2)傳統(tǒng)的安全需求獲取過程需要專業(yè)的安全專家全人工分析，而本發(fā)明只需要確定系統(tǒng)資產(chǎn)后與知識庫中進行自動化匹配分析，就可獲得相關(guān)解決方法雛形，從而大幅度降低了安全需求分析的成本，提高了安全軟件的開發(fā)效率。3)資產(chǎn)威脅知識庫系統(tǒng)化的存儲相關(guān)資產(chǎn)威脅信息，對于軟件安全來說是一筆寶貴的資產(chǎn)，可以為軟件安全相關(guān)的諸多工具提供數(shù)據(jù)支持。


附圖1 資產(chǎn)樹結(jié)構(gòu)。
附圖2:假冒威脅樹。附圖3 資產(chǎn)威脅對應(yīng)關(guān)系。附圖4 安全需求過程概圖。附圖5 網(wǎng)上銀行注冊用戶查看賬戶用例圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種基于CC的安全需求獲取方法，在軟件需求階段針對軟件系統(tǒng)中資產(chǎn)可能存在的安全威脅進行半自動分析檢測，一方面提高了軟件系統(tǒng)的安全性，另一方面降低了安全漏洞的緩和成本。該方法首先是通過對應(yīng)用系統(tǒng)常見資產(chǎn)和威脅進行抽象分類從而建立資產(chǎn)威脅知識庫。繼而針對系統(tǒng)用例圖進行分析，獲取其中的關(guān)鍵資產(chǎn)，然后將系統(tǒng)關(guān)鍵資產(chǎn)與資產(chǎn)威脅知識庫中進行匹配，自動化分析得到威脅和CC安全功能組件， 進一步獲得安全需求。介紹如下3)構(gòu)建資產(chǎn)威脅知識庫知識庫的構(gòu)建包括三部分資產(chǎn)、威脅和安全功能組件。在這里根據(jù)普遍的定義， 將資產(chǎn)定義為對組織或個人有價值的信息、資源、功能或其他實體；威脅定義為攻擊者針對資產(chǎn)潛在的攻擊，可能對資產(chǎn)形成危害，造成損失。而安全功能組件在CC中定義為安全功能性要求，在此處可作為針對威脅的解決緩和方案，形成抽象安全需求描述。由于資產(chǎn)和威脅之間的復(fù)雜多對多關(guān)系，本發(fā)明提出將資產(chǎn)和威脅分別進行分類，然后建立對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)需要，將資產(chǎn)分為以下幾類角色(Role)代表與系統(tǒng)交互的外部對象，一般而言，用戶或與系統(tǒng)交互的某一外部實體、功能模塊都屬于此類。數(shù)據(jù)(Data)系統(tǒng)中需要保護的數(shù)據(jù)信息，包括用戶數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。資源(Resource):—般指硬件資源，諸如處理能力和存儲能力等。服務(wù)(Service)—般指軟件提供的服務(wù)，例如已有的軟件，API，協(xié)議等。對于每一類資產(chǎn)，又可以繼續(xù)劃分子類，這樣不斷細(xì)化，從而確定一棵由粗到細(xì)的資產(chǎn)樹結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。除了類別關(guān)系，資產(chǎn)之間還具有包含關(guān)系，當(dāng)一個資產(chǎn)中存在可再分的細(xì)粒度實體，且細(xì)粒度實體是此資產(chǎn)特有的組成部分，即稱此資產(chǎn)包含一個或多個子資產(chǎn)。我們將這些子資產(chǎn)稱為特殊資產(chǎn)，特殊資產(chǎn)并不考慮類別屬性，只與其父資產(chǎn)有關(guān)聯(lián)。例如對于服務(wù)類協(xié)議子類下的HTTP協(xié)議這一資產(chǎn)，其中就包含Cookie和Session 兩個特殊資產(chǎn)。資產(chǎn)分類體系確保了資產(chǎn)樹的條理性，而資產(chǎn)的包含關(guān)系確保資產(chǎn)樹的完備性。同樣，根據(jù)需要將威脅分為五大類假冒假冒其他實體進行欺騙活動。否認(rèn)行為發(fā)起者否認(rèn)自己的身份或行為。數(shù)據(jù)篡改數(shù)據(jù)信息被非法篡改。信息泄露數(shù)據(jù)信息被未授權(quán)的竊取、查看。拒絕服務(wù)系統(tǒng)功能或服務(wù)失效。對于每一類威脅，構(gòu)造其抽象威脅樹模型，將威脅不斷細(xì)化描述，得到一棵威脅樹。例如假冒威脅的威脅樹如圖2所示，假冒可以有三種實現(xiàn)方式a、不充分的認(rèn)證；b、偽造憑證；C、獲取合法憑證，而偽造憑證又可以繼續(xù)細(xì)化為猜測憑證和憑證等價這兩種具體方法。圖中的圓圈表示常用的攻擊模式，對于猜測憑證，可以采用暴力破解的方式進行攻
擊O對于威脅樹中每個葉子節(jié)點的具體威脅，考慮其兩個屬性危害等級和候選安全功能組件。危害等級描述該威脅的危害程度，在這里將攻擊造成的危害程度分為以下三級高攻擊極易實施，無需專業(yè)技能，造成重要信息數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)崩潰，或系統(tǒng)功能失效，遭遇后無法恢復(fù)。中攻擊實施需要特殊工具，或需要一定技能，造成密碼等重要信息丟失，會導(dǎo)致系統(tǒng)功能失效，遭遇后較難恢復(fù)。低攻擊實施需要專業(yè)技能及特殊工具，造成對系統(tǒng)性能有輕微影響，較容易恢
Μ. ο威脅對應(yīng)的候選安全功能組件的選取一方面通過現(xiàn)有的CC評估文檔中典型威脅與特定安全功能組件集得對應(yīng)，另一方面通過人工分析從CC文檔安全功能組件中獲取相應(yīng)組件進行緩和。確定資產(chǎn)、威脅的分類體系之后，建立二者之間的層次映射關(guān)系。資產(chǎn)與威脅之間是多對多的關(guān)系，這里主要是建立資產(chǎn)與威脅的層次對應(yīng)關(guān)系。首先資產(chǎn)類與威脅類之間的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示，對于角色資產(chǎn)類，其對應(yīng)的威脅為假冒和否認(rèn)；對于數(shù)據(jù)資產(chǎn)類， 其威脅一般來源于數(shù)據(jù)篡改和信息泄漏；對于資源類資產(chǎn)，其對應(yīng)于拒絕服務(wù)威脅；對于服務(wù)類資產(chǎn)，由于服務(wù)本身的多樣性，其對應(yīng)的威脅包含假冒、否認(rèn)、數(shù)據(jù)篡改、信息泄漏和拒絕服務(wù)。進一步的可建立資產(chǎn)子類與威脅子樹某一節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系，更進一步的對于特殊資產(chǎn)(服務(wù)類資產(chǎn)居多)，可建立其與具體威脅和攻擊模式之間的對應(yīng)關(guān)系。4)安全需求獲取過程安全需求的獲取是一個迭代遞增的過程。本發(fā)明從系統(tǒng)用例圖出發(fā)，對每個系統(tǒng)功能用例進行分析，獲取其中涉及到的關(guān)鍵資產(chǎn)。在資產(chǎn)威脅知識庫的輔助下對資產(chǎn)進行威脅分析，并針對威脅選取安全功能組件進行緩和，從而獲取安全需求(如圖4)。具體步驟如下a、用例分析對系統(tǒng)的功能用例進行分析，系統(tǒng)的參與者、所涉及到的功能、所需要的服務(wù)、用到的軟硬件資源等。分析確定的資產(chǎn)可能是抽象的，也可能是具體的。b、確定資產(chǎn)將確定的資產(chǎn)與資產(chǎn)庫中進行查找匹配，若庫中已存在該資產(chǎn)則自動獲其相應(yīng)的威脅信息；若資產(chǎn)庫中無對應(yīng)資產(chǎn)，需根據(jù)資產(chǎn)所屬類、子類等手動添加資產(chǎn)信息至庫中。資產(chǎn)對應(yīng)的威脅即為所屬層次類別對應(yīng)的威脅。C、威脅分析根據(jù)威脅的危害等級，對與等級為高及或等級為中的威脅，如果實施后可能造成重要信息數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)崩潰或系統(tǒng)功能失效，使得系統(tǒng)無法恢復(fù)或難以恢復(fù)， 結(jié)合威脅的候選安全功能組件，選取合適的安全功能組件進行威脅緩和。d、細(xì)化安全需求結(jié)合應(yīng)用實例進行對安全功能組件細(xì)化描述，形成詳細(xì)的安全需求。e、安全需求迭代對安全需求進行分析，確定新資產(chǎn)，形成新一輪的安全需求獲取。
下面通過一個示例來展示基于資產(chǎn)威脅知識庫的安全需求的獲取方法。如圖5所示是一個最簡單的用例圖，用例描述一個合法用戶遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)上銀行查看賬戶。分析此用例可知，注冊用戶遠(yuǎn)程查看賬戶，其中包含的資產(chǎn)包括注冊用戶和賬戶信息。而根據(jù)資產(chǎn)定義可知，注冊用戶屬于角色類資產(chǎn)，而賬戶信息屬于數(shù)據(jù)類資產(chǎn)。為簡單起見，此處僅考慮注冊用戶這一資產(chǎn)。由資產(chǎn)威脅知識庫可知，角色類資產(chǎn)對應(yīng)的威脅類別有假冒類和否認(rèn)類，對于假冒類對應(yīng)的具體威脅如下
權(quán)利要求
1. 一種基于安全知識庫的安全需求獲取方法，包括下列兩個方面1)構(gòu)建包括資產(chǎn)、威脅和安全功能組件三部分的資產(chǎn)威脅知識庫a.將資產(chǎn)分為角色、數(shù)據(jù)、資源和服務(wù)四類，對于每一類資產(chǎn)，又可以繼續(xù)劃分子類，這樣不斷細(xì)化，從而確定一棵由粗到細(xì)的資產(chǎn)樹結(jié)構(gòu)；除了類別關(guān)系，資產(chǎn)之間還具有包含關(guān)系，當(dāng)一個資產(chǎn)中存在可再分的細(xì)粒度實體，且細(xì)粒度實體是此資產(chǎn)特有的組成部分，即稱此資產(chǎn)包含一個或多個子資產(chǎn)，并將這些子資產(chǎn)稱為特殊資產(chǎn)，特殊資產(chǎn)并不考慮類別屬性，只與其父資產(chǎn)有關(guān)聯(lián)；b.將威脅分為假冒、否認(rèn)、數(shù)據(jù)篡改、信息泄露和拒絕服務(wù)五大類，對于每一類威脅，構(gòu)造其抽象威脅樹模型，將威脅不斷細(xì)化描述，得到一棵威脅樹；對于威脅樹中每個葉子節(jié)點的具體威脅，建立兩個屬性危害等級和候選安全功能組件，威脅對應(yīng)的候選安全功能組件的選取一方面通過現(xiàn)有的CC評估文檔中典型威脅與特定安全功能組件集得對應(yīng)，另一方面從CC文檔安全功能組件中獲取相應(yīng)組件進行緩和；c.建立資產(chǎn)和威脅之間的對應(yīng)關(guān)系，進一步還建立資產(chǎn)子類與威脅子樹某一節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系，更進一步的對于特殊資產(chǎn)，建立其與具體威脅和攻擊模式之間的對應(yīng)關(guān)系。2)安全需求獲取過程a.用例分析對系統(tǒng)的功能用例進行分析；b.確定資產(chǎn)將確定的資產(chǎn)在資產(chǎn)威脅知識庫中進行查找匹配，若庫中已存在該資產(chǎn)則自動獲其相應(yīng)的威脅信息；若資產(chǎn)庫中無對應(yīng)資產(chǎn)，需根據(jù)資產(chǎn)所屬類、子類等手動添加資產(chǎn)信息至資產(chǎn)威脅知識庫中，資產(chǎn)對應(yīng)的威脅即為所屬層次類別對應(yīng)的威脅；c.威脅分析根據(jù)威脅的危害等級，對于可能造成重要信息數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)崩潰或系統(tǒng)功能失效的威脅，結(jié)合威脅的候選安全功能組件，選取合適的安全功能組件進行威脅緩和；d.細(xì)化安全需求結(jié)合應(yīng)用實例進行對安全功能組件細(xì)化描述，形成詳細(xì)的安全需求；e.安全需求迭代對安全需求進行分析，確定新資產(chǎn)，形成新一輪的安全需求獲取。
全文摘要
本發(fā)明屬于可信計算領(lǐng)域，涉及一種基于安全知識庫的安全需求獲取方法，包括兩個部分1)資產(chǎn)和威脅分別進行分類，然后建立對應(yīng)關(guān)系，并構(gòu)建包括資產(chǎn)、威脅和安全功能組件三部分的資產(chǎn)威脅知識庫；2)具體的安全需求獲取過程，包括用例分析、確定資產(chǎn)、威脅分析、細(xì)化安全需求、安全需求迭代幾個步驟。本發(fā)明主要用于在需求分析階段利用CC標(biāo)準(zhǔn)對軟件進行安全需求分析和信息獲取，以減少軟件開發(fā)初期的安全漏洞。
文檔編號G06F21/00GK102236758SQ20111021108
公開日2011年11月9日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者馮志勇, 李曉紅, 胡昌, 胡靜, 許光全 申請人:天津大學(xué)