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安全軟件變更的測試范圍界定

文檔作者：吳炳昊文檔來源：北京全路通信信號研究設計院有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年07月13日
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安全軟件變更的測試范圍界定
吳炳昊
(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 1 00075)
摘要：安全軟件的維護工作與最初的開發(fā)同等重要。進行安全軟件維護時，對安全軟件變更相關的
測試范圍的界定，是安全軟件維護工作的重點之一。
關鍵詞：安全軟件；變更；測試范圍
Abstract：Maintenance of safety related software is the same important as its initial development．How to
define the testing range of software change and influence is a key activity of the software maintenance．
Keywords：safet)，related software；change；testing range
DoI：10．3969~．issn．1673—4440．2014．06．006
在鐵路信號系統(tǒng)中，軟件所占的比重越來越大。
從鐵路信號產品最初開發(fā)完畢，到使用該信號產品
進行不同的應用，往往會涉及相關軟件的變更和維
護工作。在進行軟件的變更和維護工作時，對該軟
件變更及其影響范圍的界定，決定了軟件相關測試
活動的范圍。如果對該范圍識別偏小，該軟件變更
的安全保障活動可能存在死角；如果對該范圍識別
偏大，則會加大軟件變更與維護的成本。
本文對安全軟件變更及其測試范圍的界定提出
一些想法，供同行參考、指正。
1 軟件生命周期
安全軟件的開發(fā)、變更應按照其生命周期進行，
EN50128t 定義的軟件生命周期包含和涉及階段如下。
1)系統(tǒng)相關輸出(軟件生命周期外部)：系統(tǒng)
需求規(guī)范、系統(tǒng)安全需求規(guī)范、系統(tǒng)結構設計、系
統(tǒng)安全計劃、系統(tǒng)驗證計劃、系統(tǒng)確認計劃等。
2)軟件需求階段輸出：軟件需求規(guī)范、軟件測
試規(guī)范、相關驗證活動記錄等。
3)軟件結構與設計階段輸出：軟件結構設計規(guī)
范、軟件接口規(guī)范、軟件設計規(guī)范、軟件集成測試規(guī)
范、軟／硬件集成測試規(guī)范、相關驗證活動記錄等。
4)軟件組件設計階段輸出：軟件組件設計規(guī)
范、軟件組件測試規(guī)范、相關驗證活動記錄等。
5)軟件組件實現與測試階段輸出：軟件源代碼及
支持文檔、軟件組件測試報告、相關驗證活動記錄等。
6)軟件集成測試階段輸出：軟件集成測試報
告、軟／硬件集成測試報告、軟件測試報告、相關
驗證活動、軟件確認活動記錄等。
7)軟件部署階段輸出：軟件部署相關文檔。
8)軟件維護階段輸出：軟件維護相關文檔。
9)軟件評估：軟件全生命周期參與。
2 軟件變更與維護
2．1 軟件變更來源
用戶需求與既有系統(tǒng)的需求差異、軟件的缺陷
修復、系統(tǒng)接口變化等均可引起相應的軟件變更。
比照本文前面描述的軟件生命周期，軟件變更根據
其來源不同，可能始于以下階段。
1)軟件需求變更：對應軟件需求階段。
2)軟件設計變更：對應軟件結構設計、軟件設
計或軟件組件設計階段。
3)軟件實現變更：對應軟件組件實現與測試階
段。
若始于生命周期較早的階段，則后續(xù)階段的活
動也應進行。
2．2 軟件需求變更
軟件需求的管理應采用條目化的形式，軟件需
求各條目的內容應具備高內聚、低耦合的特性。軟
件需求的條目化，有利于對軟件需求測試覆蓋率的
統(tǒng)計，也便于對判斷測試未覆蓋需求是否滿足的方
法進行制定。
鐵路通信信號工程技術(RSCE) 2014年12月，第1 1卷第6期
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軟件需求變更的基本單元是具體的軟件需求條
目，每個軟件需求條目有唯一的編號。軟件需求變
更后，應檢查軟件需求的內部一致性。之后，根據
軟件測試案例對軟件需求的追溯關系，定位到與軟
件需求變更相關的測試案例。根據軟件需求變更，
進行相應的軟件測試案例變更，需要時進行軟件測
試案例的新增，并對相關的軟件需求測試案例進行
重新測試活動。
2。3 軟件設計及實現變更
軟件設計及實現層面的變更可細分為如下幾點。
1)軟件結構設計層面的變更。
2)軟件組件設計層面的變更。
3)軟件實現層面的變更。
較高層面的軟件變更，會導致相應的較低層面
的軟件變更。
對于軟件結構設計層面的變更，應識別出與之
相關的軟件集成測試案例；需要時，進行相關的變
更或增補。對于軟件組件層面及軟件實現層面的變
更，應識別出與之相關的軟件組件測試案例；需要
時，進行相關的變更或增補。對于與軟件設計及實
現變更相關的測試案例，應重新進行測試活動。
2．4 軟件運行環(huán)境變更
如果是上層軟件運行的環(huán)境發(fā)生了升級。這種
變更一般會涉及一些與上層軟件接口函數的變更。除
非有充分證據證明，這些接口函數的使用方式未受
到任何影響；否則，應識別出與這些接口函數相關
的上層軟件函數，變更相關的測試案例(主要是軟
件組件測試，軟／硬件集成測試與軟件運行環(huán)境的
升級一同進行)，并對這些函數進行相關測試的活動。
如果軟件運行環(huán)境的變更是軟件運行平臺的移
植，在上層軟件的實現與目標移植平臺兼容的前提
下，應對上層軟件與目標平臺的接口進行全面識別，
分析對上層軟件造成的影響。對于平臺接口相關的
軟件進行變更，重新編制相關的測試案例(主要是
軟件組件測試，對于接口函數可采用樁函數的形
式)，并進行相應的測試活動。
3 軟件變更相關的測試范圍界定
3．1 軟件組件測試的范圍界定
軟件組件測試的依據是軟件組件設計文檔，很
多時候，我們也會直接依據軟件源代碼進行測試。
軟件組件測試是一種偏向于白盒測試的活動。軟件
組件測試涉及靜態(tài)分析、動態(tài)分析與測試、追溯性、
測試覆蓋率、功能及黑盒測試等n】。
其中，功能及黑盒測試要求較低，針對的是各
軟件組件功能的測試，如果函數發(fā)生了變更，則應
對該函數進行功能及黑盒測試。靜態(tài)分析除進行代
碼走查及設計評審之外，還涉及邊界值分析、控制
流分析、數據流分析等，這些方法大多可由工具自
動完成，它們是進行動態(tài)分析與測試的基礎。覆蓋
率是衡量測試充分性的重要標準。良好的追溯性管
理可對測試全面性進行保證。本文主要對軟件變更
影響到的動態(tài)測試范圍進行闡述。
如前所述，測試覆蓋率是衡量測試充分性的重
要標準。軟件測試覆蓋率的要求有語句覆蓋率、分
支覆蓋率、組合條件覆蓋率、數據流覆蓋率等。分
支覆蓋率的滿足，則意味著語句覆蓋率的滿足，分
支覆蓋率的滿足意味著測試覆蓋了所有的簡單條件
(Simple Condition)和判決(Decision)。
組合條件的全面覆蓋成本很高，難以實現，一
般采用M C／D C (Modified C ondition／Decision
Coverage)標準進行組合條件的覆蓋率分析；MC／DC
覆蓋意味著復合條件(Compound Condition)中
的每個簡單條件可獨立的影響到復合條件的結果。
本文將2個簡單條件與3個簡單條件構成的組合條
件的MC／DC覆蓋作為示例，如表1、2所示。
表1 含2個簡單條件的復合條件MC／DC覆蓋率示例
測試案例集 C。 C C 注釋
tl true true true 測試案例tl和t2可覆蓋C2
t true false false 測試案例tl和t3可覆蓋Cl
t 3 false false false 測試案例tl、t2、t3可覆蓋C
其中：
C 為簡單條件1，C2為簡單條件2
C為復合條件；C- (C。AND C：)
表2 含3個簡單條件的復合條件MC／DC覆蓋率示例
塞 塞 ! 2 些登
t1 true true true true 測試案例tlSHt2可覆蓋C3
t true true false L2 fales 測試案例t2和t3可覆蓋C2
t r
a
ue false tru e
lse true true
tⅢ
tru
e
t4 fa e 、 、
}C。為簡單條件1，C 為簡單條件2，C 為簡單條件3
C為復合條件I C= ((Cl OR C2)AND C3)
滿足數據流覆蓋率標準，意味著數據的定義一使
用流(Define-use Pair)均得到覆蓋。數據的定
鐵路通信信號工程技術(RSCE) 2014年12月
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義一使用流可通過數據流圖得到，數據流圖包括
“節(jié)點”和“邊”兩種元素?！肮?jié)點”包含數據的定義
屙『生和使用屙l生，“邊”包含各節(jié)點之間的流轉條件。
根據本節(jié)上述內容，不同的覆蓋率標準下，軟
件變更對軟件組件測試影響涉及的關系如下。
1)分支覆蓋率：軟件測試案例與測試軟件簡單
條件、判決之間的追溯關系。
2)MC／DC：軟件測試案例與“復合條件中的
每個簡單條件可獨立影響到復合條件結果”之間的
追溯關系。
3)數據流：軟件測試案例與數據的定義一使
用流之間的追溯關系。
3．2 軟件集成測試的范圍界定
根據E N50128：201 1，軟件集成測試的依據或
輸入是軟件接口設計規(guī)范，在項目實施過程中，有
時把軟件接口規(guī)范的內容納入到軟件結構設計之中。
軟件集成測試活動是一種偏向于黑盒測試的活動。
軟件變更涉及的軟件集成測試應覆蓋以下。
軟件各組件與環(huán)境之間的接口發(fā)生了變更。
軟件各組件之間的接口發(fā)生了變更。
即，軟件變更對軟件集成測試的影響涉及的關
系為：
軟件各組件之間的接口、軟件各組件與運行環(huán)
境之間的接口與軟件集成測試案例之間的追溯關系。
3．3 軟件測試的范圍界定
軟件測試活動屬于較高層的測試活動，其主要
針對軟件的功能實現，目的是判斷軟件需求是否得
到滿足。該軟件測試活動屬黑盒測試。
軟件變更涉及的軟件需求測試應包含如下內容。
(上接7頁)
【9】Schneier．Applied Cryptography(2nd ed．)[M]．P．280．
【1 0】RsA Laboratories．”Has DES been broken?”．Retrieved 2009-
11-08．
【1 1】Federal Information Processing Standards Publication 1 9 7[s】．
【1 2】Announcing the ADVANCED ENCRYPTION STANDAP．D(AES)[S】．
[1 3】Daemen J，l~ijmen V．The Design of l~ijndael：AES—The
1)變更或新增的軟件需求條目相關的軟件需求
測試案例。
2)由于需求變更影響到的既有需求的測試案
例：對于既有需求的影響主要取決于軟件的設計及
實現層面，可通過軟件需求與軟件設計之間的追溯
關系來確定。
也就是說，軟件變更對軟件測試的影響涉及2
種關系：
木軟件測試案例與軟件需求條目之間的追溯關
系。
=．c軟件設計、實現中與軟件需求之間的追溯關
系，在設計、實現變更時，會反過來影響到軟件需
求是否得到正確實現。
4 結束語
安全軟件的開發(fā)、維護成本相較普通軟件高很
多。對于安全軟件的變更，若不能精確的識別其相應
的測試范圍，一般會選取較大的測試范圍進行覆蓋。
本文闡述的安全軟件變更相關的測試范圍界定，基于
測試案例與測試覆蓋率關注點之間的追溯關系，供
廣大同行參考、指正。這些追溯關系應盡可能的在
首次軟件開發(fā)時建立，與軟件變更同步進行維護。軟
件測試活動與維護追溯關系的工作量很大，在項目
實施時，應考慮采用自動化的方式以提高工作效率。
參考文獻
[I】ENS0128 l~ailway applications--Communication，signaling and
processing systems- Software for railway control and protection
systems[S】：201 1 Page 22-71．
(收稿日期：2O1 4．O5．26)
Advanced Encryption Standard(Information Security and Cryptography)
【S]．2002．
【1 4】National Policy on the Use of the Advanced Encryption Standard
(AES)to Protect National Security Systems and National Security
Information[S]．
(收稿日期：2O1 5-1 1—05)
No．6 吳炳吳：安全軟件變更的測試范圍界定

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