软件供应链安全防护技术分析

软件供应链安全防护技术分析

王睿之, ,许艳萍

杭州电子科技大学，浙江，310018

【摘要】以软件供应链安全为主题，探讨了软件供应链与软件生命周期的区别与联系，并对软件供应链中不同环节的安全保障技术进行了分析。首先，通过解释了软件供应链和软件生命周期的联系，详细介绍了软件供应链的概念。之后，论文详细讨论了开发测试和后期运维这两个环节中的安全防护技术。开发测试中主要有代码溯源和漏洞扫描这两个关键的安全保障方法。代码溯源通过相似度计算和依赖包管理等方式追溯复制代码和引用组件的源头，帮助发现潜在的安全问题。漏洞扫描利用扫描引擎对软件进行漏洞扫描和分析，以确保软件的安全性。后期运维用于保障安全的主要方法是改正性维护和完善性维护，分别目标是在软件交付后及时修复漏洞和满足用户需求。通过这些措施，可以提高软件供应链的安全性和可靠性，保护用户的数据和隐私，为数字化时代的发展做出贡献。

【关键词】软件供应链安全   软件生命周期   代码溯源   漏洞扫描   改正性维护   完善性维护

1. 引言

随着信息技术的迅猛发展和软件在各个领域的广泛应用，软件供应链安全问题日益受到关注。软件供应链是指涉及软件生命周期中各个环节的过程，包括软件开发、测试、分发、部署和维护等[1]。在当今高度互联和复杂的软件供应链生态系统中，软件供应链安全问题不容忽视。供应链攻击、恶意代码注入和依赖库漏洞等威胁给软件的安全性和可信度带来了巨大的挑战。与传统软件生命周期相比，软件供应链更加强调软件的整个供应链流程中的安全性，强调从第三方组件和依赖库的选择、开发过程的安全控制，到软件分发和运维过程的安全保障[2]。本文旨在探讨软件供应链安全领域的重要议题，并分析软件供应链中不同环节的安全保障技术。首先，我们将介绍软件供应链与传统软件生命周期的区别与联系，明确软件供应链安全的范畴和意义。接着，我们将聚焦于关键的供应链环节，深入分析其中的安全保障技术，例如开发测试中的代码溯源和漏洞扫描和后期运维时OpenDevOps等软件的使用[3]。通过深入研究不同环节的安全保障技术，我们可以有效降低潜在风险，并确保软件供应链的整体安全性。本文旨在为软件开发人员、安全专业人员和决策者提供一个综合的视角，帮助他们了解软件供应链安全的重要性，并为他们制定和实施相应的安全保障措施提供指导。通过加强软件供应链安全意识和实践，可以共同建立一个更加安全和可信的软件供应链生态系统。

2. 软件生命周期和软件供应链

软件生命周期（Software Development Lifecycle，SDLC）和软件供应链（Software Supply Chain）是两个相关但不同的概念[4]。软件供应链是软件生命周期中的一个重要组成部分，它涉及到软件开发过程中的组件、流程和分发等方面。而软件生命周期则更加广泛，它包括了从需求分析到废弃的整个过程。本文将先介绍一下软件生命周期的概念。

2.1.软件生命周期的概念

软件生命周期是指软件从概念到退役的整个过程。通常，软件生命周期可以划分为以下几个阶段[5]：

需求分析：确定软件的功能需求和用户需求。

设计：根据需求分析结果设计软件的架构、模块和界面等。

编码：根据设计的要求，将软件编写成可执行的程序代码。

测试：对编码完成的软件进行功能测试、性能测试和用户验收测试等，确保软件的质量。

部署：将经过测试的软件部署到生产环境中，使用户能够正常使用。

维护：在软件使用过程中，对软件进行修复漏洞、增加新功能和进行升级等维护工作。

软件生命周期管理是一种系统化的方法，旨在有效地规划、开发、部署和维护软件，并确保软件的质量和可靠性，针对不同应用场景，有不同的软件生命周期模型，图1列举了四个常见的软件生命周期模型。

图1 软件生命周期常见模型

2.2.软件供应链的概念

软件供应链是指涉及软件的开发、交付和部署过程中的各种活动和参与方。软件供应链可以看作是软件生命周期的一个子集，强调的是软件开发和交付过程中的供应链管理[1]。

软件供应链包括以下关键内容：

软件开发：涉及开发人员、编码工具、开发环境和源代码等资源的管理。

第三方组件和库：包括使用开源或商业软件的组件和库，这些组件和库可能会对软件的功能和安全性产生影响。

构建和部署：涉及将软件编译成可执行文件、打包和分发到不同的环境中。

依赖关系管理：管理软件所依赖的其他软件、库和服务，确保它们的可用性和安全性。

安全性和漏洞管理：管理软件开发过程中的安全实践，及时修复软件中的漏洞和安全漏洞。

版本控制：管理软件的版本和发布，确保软件的变更可追溯和可控。

软件供应链管理旨在确保软件开发和部署过程的可靠性、安全性和合规性。它关注的是软件开发过程中的各个环节，包括开发人员、第三方组件、构建工具、部署环境等，以减少潜在的风险和安全漏洞。

图2是软件供应链可能导致攻击的示意图：

图2 软件供应链攻击示意图

2.3.软件生命周期和软件供应链的联系

软件生命周期和软件供应链之间存在着紧密的联系和相互依赖关系[6]。

首先，软件供应链是软件生命周期中的一个重要组成部分。在软件的开发、部署和维护过程中，涉及到多个环节和参与方，如开发团队、第三方组件供应商、测试团队、部署团队等。这些参与方共同构成了软件的供应链，通过协同合作，将软件从开发阶段交付给最终用户。

软件供应链管理关注的是如何有效地管理和控制这些参与方以及涉及到的各种资源和活动，以确保软件开发过程的可靠性、安全性和合规性。供应链管理涵盖了软件开发过程中的各个环节，包括需求分析、设计、编码、测试、部署和维护等，从而保证软件在整个生命周期中的高质量和稳定性。

另外，软件生命周期中的每个阶段都对软件供应链有着直接或间接的影响。例如，在需求分析和设计阶段，需要明确软件的功能需求和架构设计，这将直接影响到后续的开发和供应链管理。在编码和测试阶段，开发团队需要与供应链中的第三方组件供应商合作，确保所使用的组件和库的安全性和兼容性。在部署和维护阶段，供应链管理则涉及到软件的打包、分发和更新等方面，以保障软件在生产环境中的可用性和可靠性。

此外，软件供应链中的安全问题也与软件生命周期密切相关。随着软件供应链的复杂性增加，恶意攻击者可能利用其中的弱点和漏洞来对软件进行攻击或篡改。因此，在整个软件生命周期中，需要采取安全措施，例如进行供应链审计、使用可信的第三方组件、实施代码审查和漏洞修复等，以确保软件供应链的安全性。

3. 开发测试中的代码溯源和漏洞扫描
   1. 代码溯源

代码溯源在软件供应链安全中扮演着重要的角色。在开发和测试阶段，代码溯源能够帮助追踪代码的来源和确保代码的可信性。代码溯源可分为两类：一种是直接复制开源代码，另一种是引用组件库。

对于直接复制开源代码的情况，需要通过将目标代码和代码库中的代码进行相似度计算，从而确定代码的源头。相似度计算可以采用文本相似度算法（如基于字符串匹配的算法、基于语义的算法等）来比较代码之间的相似性。通过对比目标代码与开源代码库中的代码，可以追溯到源代码的来源，并评估该代码的安全性和可信度。

另一种情况是引用组件库。在项目开发中，常常会使用第三方的组件库来加速开发过程。为了进行代码溯源，可以利用项目中的依赖包管理文件（例如Python项目中的requirements.txt等）进行溯源。这些文件记录了项目所使用的各个依赖包及其版本信息。通过查看依赖包管理文件，可以了解项目使用的组件库和其版本号，并进一步追溯到组件库的源头。通过评估组件库的安全性和维护情况，可以确定其是否值得信任并在项目中使用。

代码溯源在开发测试中具有重要意义。它可以帮助开发人员和测试人员追踪代码的来源，确保使用的代码没有被篡改、包含漏洞或恶意代码。通过有效的代码溯源，可以提高代码的可信度和可靠性，减少潜在的安全风险，保障软件供应链的安全。

3.2.漏洞扫描

基于代码溯源的结果，可以将溯源出来的复制代码或引用组件输入漏洞扫描引擎，如dependency、OSV-Scanner等工具，进行漏洞扫描。通过漏洞扫描，可以确定目标项目是否存在已知的安全漏洞，从而有针对性地进行软件测试、漏洞修复和后期维护等工作。通过代码溯源获得的复制代码或引用组件，可能存在已公开的漏洞或安全问题。漏洞扫描引擎能够检测并识别这些已知漏洞，并提供相应的漏洞报告和风险评估。漏洞扫描引擎会基于已知的漏洞数据库和规则集进行扫描，对输入的代码进行静态或动态分析，以发现其中的潜在安全漏洞。

漏洞扫描的结果对于软件开发和测试团队来说具有重要意义[7]。它能够帮助团队识别和理解项目中存在的漏洞，评估其严重程度和影响范围，进而制定相应的漏洞修复计划和安全措施。漏洞扫描还有助于提高软件质量和安全性，减少潜在的漏洞利用风险，并为后续的维护工作提供参考和指导。

3.3.代码溯源和漏洞扫描示意图

图3 代码溯源和漏洞扫描示意图

4. 运维安全
   1. 改正性维护

在软件交付后，尽管经过开发、测试和漏洞扫描等阶段的努力，仍然存在未发现的漏洞或安全问题。为了保障软件的后期运维安全，需要采取措施来及时修复这些漏洞[8]，这就是改正性维护。以下是一些常见的方法和实践：

漏洞管理和跟踪：建立漏洞管理流程，包括漏洞报告、评估、跟踪和修复等环节。漏洞报告可以来自内部测试团队、外部安全研究人员或最终用户的反馈。通过集中管理漏洞，并为其分配优先级和责任人，可以确保漏洞得到适时关注和处理。

漏洞补丁和更新：及时采取漏洞修复措施，例如应用安全补丁、更新软件组件或修复代码中的安全漏洞。保持软件和相关组件的最新版本，可以获得开发者和社区对已知漏洞的修复，并提高软件的安全性。

安全更新和漏洞通告：订阅软件供应商、组件库和相关安全团队的安全通告和漏洞警报，了解最新的安全漏洞和修复方案。及时更新安全补丁，并了解漏洞的影响范围和潜在风险。

持续监测和审计：建立安全监测和审计机制，监控软件系统的运行状况和安全事件。采用日志管理、入侵检测系统（IDS/IPS）和安全信息与事件管理（SIEM）工具等来检测潜在的安全威胁，并采取相应的响应措施。

安全意识和培训：提高开发人员、测试人员和运维团队的安全意识，加强安全知识和技能培训。通过持续的安全教育和培训，团队成员能够更好地识别和处理安全漏洞，提高对软件后期运维安全的重视程度。

在后期运维阶段，漏洞补丁是关键的安全保障措施。通过有效的漏洞管理、及时的漏洞修复和安全更新，可以减少潜在的安全风险，确保软件的后期运维安全。

4.2.完善性维护

在软件的后期运维阶段，完善性维护起到关键的作用。随着用户对软件的使用和反馈，可能会出现新的需求和功能要求。为了满足这些需求，开发人员需要对软件进行升级和改进，以添加新功能、优化性能或修复已知问题。然而，软件往往是高度集成的，并且复杂性可能随着时间的推移而增加。因此，在进行完善性维护时需要谨慎行事，以避免破坏原有功能或引入新的漏洞。

为了辅助开发人员在高度集成的软件中添加功能，可以利用一些工具和解决方案[9][10]。例如OpenDevOps软件，它是由Atlassian公司提出的一种DevOps解决方案。OpenDevOps提供了一个预先配置的工具集，包括Jira Software、Bitbucket、Opsgenie和Confluence等工具，旨在帮助团队进行应用程序的开发、部署和管理。这些工具提供了一个集成的平台，使开发人员能够更专注于软件的构建和运行，而无需过多担心工具集成的复杂性。通过使用这样的工具，开发人员可以更加高效地进行完善性维护，确保新功能的添加与现有功能的稳定性和安全性相互兼容。

同时，在进行完善性维护时，开发团队应该遵循良好的软件工程实践，如模块化设计、单元测试和代码审查等，以确保新功能的正确性和稳定性。此外，持续的用户反馈和测试也是非常重要的，通过与用户密切合作并进行适当的测试，可以及早发现和解决潜在的问题。

5. 结束语

综合论文所述，软件供应链安全是当今数字化时代中的一个重要议题。随着软件开发和交付过程的复杂性增加，软件供应链中的各个环节都面临着潜在的安全风险。本文通过探讨软件供应链和软件生命周期的联系与区别，以及软件供应链中不同环节的安全保障技术，提出了一些重要的观点和建议。在软件供应链中，代码溯源和漏洞扫描是关键的安全保障技术之一。通过代码溯源，可以追溯复制代码或引用组件的源头，从而识别潜在的安全问题。漏洞扫描则能帮助发现已知的安全漏洞，为软件测试、漏洞修复和后期维护提供指导。此外，后期运维中的漏洞补丁和完善性维护也是保障软件安全的重要措施。然而，软件供应链安全依然面临着挑战和难题。高度集成的软件系统、不断变化的威胁环境以及人为因素都可能导致安全漏洞的产生。因此，我们需要持续关注和加强软件供应链安全的措施和实践。对于软件开发和供应链管理团队，建立完善的安全策略和流程至关重要。这包括合规性审查、供应商风险评估、安全培训和意识提升等方面。同时，利用先进的安全保障技术和工具，如静态分析、动态分析、持续集成和DevOps等，可以提高软件供应链的安全性和可靠性。总之，软件供应链安全是一个复杂而重要的领域，需要多方共同努力。通过加强安全意识、采取有效的安全保障措施和持续的监测与改进，我们可以提升软件供应链的安全性，保护用户的数据和隐私，为数字化世界的可持续发展做出贡献。

6. 参考文献

[1]何熙巽, 张玉清, 刘奇旭. 软件供应链安全综述[J]. Journal of Cyber Security 信息安全学报, 2020, 5(1).

[2]毛天宇, 王星宇, 常瑞, 等. 面向 Java 语言生态的软件供应链安全分析技术[J]. Journal of Software, 2021, 32(7).

[3]陈玲, 夏汛. 软件开发安全漏洞探究[J]. 中国安全科学学报, 29(6): 185.

[4]王颉, 万振华, 王厚奎. 从软件安全开发生命周期实践的角度保障软件供应链安全[J]. 网络空间安全, 2019, 10(6): 19-24.

[5]顾明. 软件工程中几种常用软件生命周期模型的简介[J]. 计算机时代, 2003 (1): 20-21.

[6]廉洁. 供应链管理生命周期模型[J]. 学术交流, 2007 (12): 73-75.

[7]向剑文, 郑征, 申文博, 等. 软件可信性与供应链安全前沿进展专题前言[J]. 软件学报, 2023, 34(6): 2507-2508.

[8]葛丽丽, 帅东昕, 谢金言, 等. 面向软件供应链的异常分析方法综述[J]. 软件学报, 2023, 34(6): 0-0.

[9]吴先金. 供应链集成研究[D]. , 2007.

[10]吴涛, 李必强, 海峰. 供应链集成的新思路: 管理界面集成[J]. 中国管理科学, 2012 (3): 36-41.