Statische Analyse vs. Dynamische Analyse

Statische Analyse und dynamische Analyse dienen als zweigleisiger Ansatz zur Verbesserung des Entwicklungsprozesses in Bezug auf Zuverlässigkeit, Fehlererkennung, Effizienz und Sicherheit. Aber wie unterscheiden sie sich und warum ist jeder wichtig?

Das frühzeitige Finden und Beheben von Fehlern in der Entwicklung zahlt sich in vielerlei Hinsicht aus. Es kann die Entwicklungszeit verkürzen, Kosten senken und Datenschutzverletzungen oder andere Sicherheitslücken verhindern. Gerade bei DevOps kann es sehr hilfreich sein, Tests frühzeitig und kontinuierlich in das SDLC einzubinden.

Hier kommen sowohl dynamische als auch statische Analysetests ins Spiel. Sie dienen jeweils unterschiedlichen Zwecken innerhalb des SDLC und liefern gleichzeitig einzigartige und fast sofortige ROIs für jedes Entwicklungsteam.

Key Take Away

Um die Softwarequalität zu maximieren, muss man wissen, wann und wie man statische und dynamische Analysen einsetzt.

• Statisch vs. dynamisch. Die statische Analyse prüft den Code, ohne ihn auszuführen, während die dynamische Analyse das Verhalten während der Ausführung testet.
• Probleme frühzeitig erkennen. Die statische Analyse beugt Fehlern und Sicherheitsrisiken vor der Laufzeit vor.
• Laufzeitprobleme finden. Die dynamische Analyse deckt Speicher-, Logik- und Leistungsprobleme auf, die erst während der Ausführung sichtbar werden.
• Verwenden Sie beide zusammen. Die Kombination von statischen und dynamischen Tests führt zu einer besseren Testabdeckung, schnellerem Feedback und zuverlässigerer Software.
• Automatisierung für mehr Effizienz. Die Integration beider Techniken in CI/CD-Pipelines ermöglicht kontinuierliches Feedback und eine schnellere Problemlösung.

Statische vs. dynamische Analyse: Die Unterschiede verstehen

Statische Code-Analyse ist ein weit gefasster Begriff, der mehrere verschiedene Analysetypen beschreibt. Sie alle haben jedoch ein gemeinsames Merkmal: Sie erfordern für ihre Ausführung keine Codeausführung.

Im Gegensatz dazu erfordert die dynamische Analyse die Ausführung von Code. Obwohl es weitere Unterschiede gibt, ist es dieses Merkmal, das die beiden Arten von Testansätzen drastisch voneinander trennt.

Das bedeutet auch, dass jeder Ansatz in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses unterschiedliche Vorteile bietet. Um diese Unterschiede zu verstehen, sehen wir uns das Folgende an.

• Was jede Strategie erfordert.
• Testarten unter den Oberbegriffen.
• Werkzeuge, die den Prozess unterstützen.

Was ist statische Analyse?

Das Testen der statischen Codeanalyse umfasst verschiedene Arten, wobei die beiden wichtigsten musterbasiert und flussbasiert sind.

Die musterbasierte statische Analyse sucht nach Codemustern, die gegen definierte Codierungsregeln verstoßen. Es stellt nicht nur sicher, dass der Code einheitliche Erwartungen für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften oder interne Initiativen erfüllt, sondern hilft Teams auch dabei, Fehler wie Ressourcenlecks, Leistungs- und Sicherheitsprobleme, logische Fehler und API-Missbrauch zu vermeiden.

Die flussbasierte statische Analyse beinhaltet das Finden und Analysieren der verschiedenen Pfade, die durch den Code genommen werden können. Dies kann durch Steuerung (die Reihenfolge, in der Zeilen ausgeführt werden können) und durch Daten (die Reihenfolge, in der eine Variable oder eine ähnliche Entität erstellt, geändert, verwendet und zerstört werden kann) geschehen. Diese Prozesse können Probleme aufdecken, die zu kritischen Fehlern führen, wie z. B.:

• Speicherbeschädigungen (Puffer überschreibt)
• Verletzungen des Speicherzugriffs
• Nullzeiger-Dereferenzen
• Rennbedingungen
• Blockaden

Es kann auch Sicherheitsprobleme erkennen, indem es Pfade aufzeigt, die sicherheitskritischen Code wie Code zur Authentifizierung oder Verschlüsselung umgehen.

Darüber hinaus umfasst die Metrikanalyse das Messen und Visualisieren verschiedener Aspekte des Codes. Es kann helfen, vorhandene Fehler zu erkennen, aber häufiger warnt es vor potenziellen Schwierigkeiten beim Verhindern und Erkennen zukünftiger Fehler, wenn der Code gewartet wird. Dies geschieht durch Auffinden von Komplexität und Unhandlichkeit wie:

• Zu große Bauteile
• Übermäßige Verschachtelung von Schleifen
• Zu lange Entscheidungsreihen
• Verschlungene Abhängigkeiten zwischen Komponenten

Was ist ein Beispiel für eine statische Analyse?

Ein einfaches Beispiel für statische Codeanalyse ist die Verwendung automatisierter Tools zur Überprüfung des Quellcodes auf Fehler, ohne das Programm auszuführen. Diese Tools analysieren die Struktur, Logik und den Datenfluss des Codes, um Probleme frühzeitig in der Entwicklung zu erkennen.

Ein Linter scannt beispielsweise C- oder C++-Code, um die Einhaltung von Codierungsstandards zu gewährleisten und Probleme wie ungenutzte Variablen, nicht erreichbaren Code oder unsichere Sprachkonstrukte zu kennzeichnen.

Eine statische Typ- oder semantische Analyse untersucht, wie Variablen und Funktionen im gesamten Quellcode verwendet werden, um Laufzeitfehlerursachen zu identifizieren, darunter:

• Typenkonflikte
• Nicht initialisierte Variablen
• Durch Null teilen
• Falsche API-Nutzung

Die statische Codeanalyse wird auch häufig für Sicherheitsüberprüfungen eingesetzt. Indem sie den Datenfluss durch den Code verfolgt, können Tools Schwachstellen wie Pufferüberläufe, Nullzeiger-Dereferenzierungen oder fehlende Eingabevalidierung erkennen, ohne Tests auszuführen.

Ein weiteres Beispiel ist die Code-Komplexitätsanalyse, die Funktionen hervorhebt, die schwer zu testen oder zu warten sind, indem Faktoren wie Komplexität und Abhängigkeitstiefe gemessen werden.

In der Praxis laufen diese Analysen automatisch in IDEs oder CI-Pipelines ab, wodurch Entwickler sofortiges Feedback erhalten und Fehler, Sicherheitsrisiken und Compliance-Probleme frühzeitig behoben werden können – noch bevor die Software erstellt oder bereitgestellt wird.

Was ist dynamische Analyse?

Manchmal auch als bezeichnet Laufzeitfehlererkennung, bei der dynamischen Analyse beginnen die Unterschiede zwischen den Testarten zu verschwimmen. Bei eingebetteten Systemen untersucht die dynamische Analyse eher die interne Funktionsweise und Struktur einer Anwendung als das externe Verhalten. Daher wird die Codeausführung mittels White-Box-Testing durchgeführt.

Dynamische Analysetests erkennen und melden interne Fehler in dem Moment, in dem sie auftreten. Dies erleichtert es dem Tester, diese Fehler genau mit Testaktionen für die Meldung von Vorfällen zu korrelieren.

Erweiterung des externen Verhaltens der Anwendung mit Betonung auf Sicherheit, dynamische Anwendungssicherheitstests (DAST) ist analytisches Testen mit der Absicht, das Testelement zu untersuchen, anstatt es zu üben. Der zu testende Code muss jedoch ausgeführt werden.

DAST erweitert auch die Möglichkeiten empirischer Tests auf allen Ebenen – von der Einheit bis zur Abnahme. Dies wird dadurch erreicht, dass es möglich wird, interne Fehler zu erkennen, die auf ansonsten nicht beobachtbare externe Fehler hinweisen, die auftreten oder auftreten werden, nachdem das Testen beendet wurde.

Was ist ein Beispiel für eine dynamische Analyse?

Die dynamische Analyse untersucht Software während ihrer Laufzeit, um Probleme zu erkennen, die erst dann auftreten. Sie bewertet das Verhalten des Programms, seine Interaktion mit dem Speicher und seine Reaktionen auf Eingaben.

Ein gängiges Beispiel sind Unit- und Integrationstests, bei denen Funktionen oder Komponenten mit kontrollierten Eingaben ausgeführt werden. Während dieser Tests können Laufzeitfehler, wie z. B. fehlgeschlagene Zusicherungen, fehlerhafte Logik oder unerwartete Grenzfälle, sofort erkannt werden.

Ein weiteres Beispiel ist die Laufzeit-Speicheranalyse, die die Speicherbelegung und -nutzung überwacht, um Probleme zu erkennen, die erst während der Ausführung auftreten:

• Undichtigkeiten
• Puffer läuft über
• Nullzeiger-Dereferenzen

Die dynamische Analyse wird auch bei Sicherheitstests angewendet, beispielsweise beim Fuzzing, wo die Anwendung mit fehlerhaften oder unerwarteten Eingaben ausgeführt wird, um Abstürze, undefiniertes Verhalten oder Schwachstellen aufzudecken.

In der Praxis wird die dynamische Analyse häufig in CI-Pipelines und Testumgebungen integriert, um sofortiges Feedback zum Laufzeitverhalten zu liefern, die Funktionalität zu validieren und Teams dabei zu helfen, Fehler vor der Bereitstellung zu erkennen.

Vor- und Nachteile der statischen Analyse

Wie bei allen Wegen zur DevSecOps-Reife gibt es auch beim statischen Analysetest Vor- und Nachteile.

PROS

• Wertet Quellcode aus, ohne ihn auszuführen.
• Analysiert den Code in seiner Gesamtheit auf Schwachstellen und Fehler.
• Folgt angepassten, definierten Regeln.
• Verbessert die Verantwortlichkeit der Entwickler.
• Automatisierungsfähig.
• Hebt Fehler frühzeitig hervor und reduziert die Zeit, die benötigt wird, um sie zu beheben.
• Reduziert Projektkosten.

CONS

• Kann falsch positive und falsch negative Ergebnisse zurückgeben, die Entwickler ablenken könnten.
• Kann lange dauern, um manuell zu arbeiten.
• Fehler oder Schwachstellen, die in Laufzeitumgebungen auftreten, können nicht lokalisiert werden.
• Die Entscheidung, welche Industriecodierungsstandards anzuwenden sind, kann verwirrend sein.
• Kann schwierig zu bestimmen sein, ob es angemessen ist, von einem Regelverstoß abzuweichen.

Während die Liste der Nachteile einschüchternd aussehen mag, können die Löcher der statischen Analyse mit zwei Dingen geflickt werden.

1. Statische Analyse automatisieren.
2. Mit dynamischen Techniken.

Vor- und Nachteile der dynamischen Analyse

Die dynamische Analyse hat, wie alle Testverfahren, ihre Vor- und Nachteile.

PROS

• Bewertet das Verhalten der Software während der Laufzeit.
• Erkennt Laufzeitfehler, die durch statische Analyse nicht erfasst werden können.
• Identifiziert Speicher-, Ressourcen- und Leistungsprobleme.
• Deckt Sicherheitslücken auf, die erst bei der Ausführung sichtbar werden.
• Kann das tatsächliche Funktionsverhalten mit realen oder simulierten Eingaben validieren.
• Ermöglicht eine präzise Korrelation zwischen Testaktionen und beobachteten Fehlern.
• Unterstützt CI/CD-Automatisierung für kontinuierliches Feedback zum Laufzeitverhalten.

CONS

• Kann zeitaufwändig sein, insbesondere bei großen oder komplexen Systemen.
• Um alle Laufzeitprobleme zu finden, ist möglicherweise eine umfassende Testabdeckung erforderlich.
• Fehler in Codepfaden, die während des Testens nicht ausgeführt werden, können übersehen werden.
• Die Einrichtung einer Testumgebung kann komplex oder ressourcenintensiv sein.
• Manche Probleme, wie beispielsweise schwerwiegende Logikfehler, können unentdeckt bleiben, wenn die Testeingaben unzureichend sind.

Auch wenn die Nachteile bedeutend erscheinen mögen, ist die dynamische Analyse am effektivsten, wenn sie mit Folgendem kombiniert wird:

• Umfassende automatisierte Testabdeckung
• Statische Analyse zur frühzeitigen Erkennung von Problemen vor der Ausführung

Warum die statische Codeanalyse so wertvoll ist

All diese Arten der statischen Analyse haben eines gemeinsam: Sie beinhalten das Scannen oder die Untersuchung des Quellcodes durch ein Programm.

Dies ist eine schnelle und einfache Möglichkeit, kritische Fehler aufzudecken. Es erreicht 100 % Abdeckung mit 100 % objektiven Ergebnissen.

Die kontinuierliche Durchführung ist einfach sinnvoll, da sie diese umsetzbaren Ergebnisse liefert, Kosten und Entwicklungszeit reduziert und die Steigerung fördert. Codeabdeckungund vieles mehr.

Jenseits des Bereichs der statischen Analyse

Statisches Scannen stellt Informationen bereit, um vorherzusagen, was passieren kann, wenn Code integriert und ausgeführt wird. Es erkennt Fehler basierend darauf, was das Tool als Fehler betrachtet. In der Regel kann dies an Ihre Vorlieben und Prioritäten angepasst werden.

Es kann Ihnen jedoch nicht sagen, wann das zu testende oder in Produktion befindliche System unerwartete, unangemessene oder ungenaue Ergebnisse liefert.

Die Herausforderung besteht hier darin, unerwartetes Verhalten zu beobachten. Beispielsweise kann es so aussehen, als würde eine Transaktion für einen Benutzer, Tester oder ein Testausführungstool korrekt fortgesetzt, wenn tatsächlich eine Komponente eine nicht behandelte Ausnahme ausgelöst und diese nicht korrekt verarbeitet hat. Ein Steuerungssystem kann im Test drei Tage lang schnell und korrekt reagieren, könnte aber Speicherlecks aufweisen und am vierten Produktionstag auf einen Absturz zusteuern.

Das Beheben aller Fehler, die mit einem statischen Codeanalysetool erkannt wurden, bietet keine Sicherheit gegen andere Fehler, die solche Fehler verursachen. Deshalb ist es wichtig, die Definition des Scheiterns sowohl auf internes als auch auf externes Verhalten anzuwenden – auch nach der Integration. Der interne Fehler muss erkannt werden, bevor er sich extern manifestiert.

Best Practices für die Kombination von statischer und dynamischer Analyse

Die Kombination von statischer und dynamischer Analyse ist die beste Option, um umsetzbare Ergebnisse zu erhalten, das Auftreten von Fehlern zu reduzieren, die Fehlererkennung zu verbessern und insgesamt sichereren Code zu erstellen. Das eine ist nicht besser oder schlechter als das andere. Sie arbeiten zusammen wie alle Zahnräder einer perfekt gefertigten Schweizer Uhr.

Befolgen Sie diese Best Practices, um statische und dynamische Analysen zusammen zu verwenden.

• Verwenden Sie sie sowohl mit manuellen als auch mit automatisierten Lösungen, die Ihren Anforderungen entsprechen.
• Machen Sie den Code für andere Entwickler lesbar und wiederverwendbar.
• Verwenden Sie den richtigen Ansatz an der richtigen Stelle in Ihrem SDLC – früh statisch und in Laufzeitumgebungen dynamisch.
• Nutzen Sie beide Ansätze für einen ganzheitlicheren Überblick über Ihr Projekt.
• Vermeiden Sie die Gefahr, sich auf nur eine Testmethode zu verlassen, ein kleines Versehen, das zu großen Problemen führen kann.

Durch die Kombination von statischer und dynamischer Analyse können Teams ein breiteres Spektrum und eine größere Anzahl ausnutzbarer Bedrohungsvektoren lokalisieren.