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軟體工程. 第 9 章 關鍵系統規格 Critical Systems Specification. 學習目標. 透過分析 關鍵系統 所面對的風險找出 可信賴 度（ Dependability ）需求 安全性（ Safety ）需求是透過風險分析產生的，不是由系統擁有者提供 瞭解建立保全性（ Security ）需求的程序 藉由保全性需求對抗各種威脅 瞭解可靠性（ Reliability ）規格的測量方式，以及如何定義可靠性需求. 系統需求. 功能性需求（ Functional Requirements ） 檢查 錯誤 從錯誤狀態中復原

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  1. 軟體工程 第9章 關鍵系統規格 Critical Systems Specification

  2. 學習目標 • 透過分析關鍵系統所面對的風險找出可信賴度（Dependability）需求 • 安全性（Safety）需求是透過風險分析產生的，不是由系統擁有者提供 • 瞭解建立保全性（Security）需求的程序 • 藉由保全性需求對抗各種威脅 • 瞭解可靠性（Reliability）規格的測量方式，以及如何定義可靠性需求

  3. 系統需求 • 功能性需求（Functional Requirements） • 檢查錯誤 • 從錯誤狀態中復原 • 非功能性需求（Non-Functional Requirements） • 可靠度（Reliability） • 可用性（Availability）

  4. 9.1 風險性規格Risk Driven Specification • 關鍵系統的規格針對系統的可信賴度 • 補充一般的需求規格程序的不足 • 瞭解系統所面對的風險，找出能應付風險的可信賴度需求 • 風險性規格程序的過程包括 • 瞭解系統所面對的風險 • 找出根源 • 制定能夠管理這些風險的需求。

  5. Risk Decomposition Risk Reduction Assessment Risk Analysis & Classification Risk Identification Risk Assessment Risk Description Root Cause Analysis Dependability Requirements

  6. 進行風險分析的程序 • 風險識別（Risk Identification） • 找出可能出現的風險 • 和系統環境有關 • 風險分析和分類（Risk Analysis and Classification） • 風險必須個別處理 • 特別嚴重和令人難以置信的風險必須做進一步的分析 • 不太可能發生的風險會在這個階段被刪除

  7. 進行風險分析的程序 • 風險分解（Risk Decomposition） • 對每個風險個別分析，找出造成風險的根源 • 失誤樹分析法（Fault-Tree Analysis）。 • 風險降低評估（Risk Reduction Assessment） • 提出可降低或消除風險的方法，轉換成可信賴度需求 • 預防風險發生 • 即使風險發生了，也在控制範圍之內

  8. 風險識別Risk Identification • 找出關鍵系統必須應付的風險。 • 困難 • 風險通常不在正常的狀況下發生 • 系統元件以特定的方式互動產生風險 • 罕見的環境狀況 • 可能導致意外的危險（Hazard） • 身體的危險、電力的危險、生理的危險、幅射危險，以及服務故障危險等。

  9. 風險分析和分類Risk Analysis & Classification • 主要的目的 • 風險發生的機率有多高？ • 萬一風險發生，危害程度有多大？ • 是否能夠接受？ • Statement of acceptance

  10. 風險的接受程度 • 無法忍受（Intolerable） • 不能讓這種風險發生 • 威脅人命、影響企業財務穩定，而且發生機率不低 • 盡可能降低危險（As Low As Reasonably Practical, ALARP） • 在可能的範圍內（考慮成本），盡可能避免發生 • 比較不嚴重，或是發生機率很低的風險。 • 可接受（Acceptable） • 仍應採取所有可能的步驟，降低危險發生的可能性， • 不增加成本、延遲系統交付時間或是影響其他非功能屬性

  11. 風險等級

  12. 機率高低 預估風險 危害程度 中 高 低

  13. 風險分解Risk Decomposition • 找出根本原因（Root Cause） • 演繹法（Deductive） • 由上往下，比較容易使用 • 以風險為起點往下分析系統可能發生的故障 • 歸納法（Inductive） • 從系統可能發生的故障開始，找出可能引發這些故障的危險。

  14. 失誤樹分析Fault-Tree Analysis 找出不希望它發生的事件 回溯，找出可能的原因 不同狀態彼此之間可以 AND、OR 合併（AND）多項原因的風險比較不會發生

  15. 風險降低評估 • 風險避免（Risk Avoidance） • 令風險或危險不會發生 • 風險偵測與移除（Risk Detection and Removal） • 在風險導致意外發生前，先偵測並排除該風險 • 限制損害程度（Damage Limitation） • 將意外的傷害降到最低

  16. 9.2 安全規格Safety Specification • 定義安全規格與保險的程序，是整體安全生命週期（Safety Life Cycle）的一部分 • 安全管理國際標準 IEC 61508 • IEC 1998 • 功能性安全需求（Functional Safety Requirement） • 安全性整合需求（Safety Integrity Requirement） • 安全整合等級（Safety Integrity Level, SIL） • 系統越關鍵，SIL越高

  17. IEC 61508安全生命週期

  18. 9.3 保全規格 Security Requirement • 不適合量化 • 通常是「不應該」的需求 • “Shall NOT” Requirements • 定義無法接受的系統行為，而不是定義系統的功能需求。 • 傳統的（非電腦化）保全分析方法，是以被保護的資產以及對組織的價值為主。

  19. 保全分析程序包括下列階段 • 資產識別與評估 • 識別資產（資料和程式） • 所需要的保護程度（依資產的價值而定） • 威脅分析與風險評估 • 找出保全方面可能的威脅，評估這些威脅相關的風險 • 威脅歸類 • 找出與資產相關的威脅，為每項資產列出相關威脅的清單 • 技術分析 • 評估可用的保全技術以及對已識別威脅的適用性。 • 制定保全需求規格 • 制定保全需求規格 • 明確列出可能用來保護系統抵抗威脅的保全技術

  20. 保全規格圖示

  21. 10種保全需求 識別（Identification） 驗證（Authentication） 授權（Authorization） 免疫（Immunity） 完整性（Integrity） 入侵偵測（Intrusion Detection） 無法否認（Non-repudiation） 隱私權（Privacy） 保全稽核（Security Auditing） 系統維護保全（System Maintenance Security）

  22. 9.4 軟體可靠性規格Software Reliability Specification • 應該從整體系統的角度考慮可靠性，而不是從元件層級 • 系統中的元件有相互依賴的關係，若其中一個元件故障可能就會擴散到整個系統，影響到其他元件的運作。

  23. 可靠性的3個方面 • 硬體可靠性（Hardware Reliability） • 硬體元件故障的機率有多高？ • 修復該元件所需的時間多長？ • 軟體可靠性（Software Reliability） • 軟體元件產生不正確輸出的可能性多大？ • 軟體不會因為用太久而磨損。即使產生不正確的結果，之後它還是能繼續正常運作。 • 操作員可靠性（Operator Reliability） • 操作人員犯錯的可能性多大？

  24. 硬體的可靠性測量值 • 故障前平均時間 • Mean Time to Failure 縮寫為 MTTF • 元件可正常運作的平均時間 • 修復前平均時間 • Mean Time to Repair 縮寫為 MTTR • 修復或替換該元件所需的時間

  25. 軟體的可靠性測量值 • 服務故障率 • Probability of Failure on Demand, POFOD • 出錯率 • Rate of Occurrence of Failure, ROCOF • 故障前平均時間 • Mean Time to Failure, MTTF • 可用率 • Availability

  26. 在評估系統可靠性時，可以使用下列3種測量方法： • 對系統服務發出固定次數的要求，測量系統發生故障的次數。這個方法可以用來測量POFOD。 • 測量系統發生故障之間的時間（或交易個數）。這個方法可以用來測量ROCOF和MTTF。 • 測量當系統發生故障，修復所花的時間或重新啟動的所需時間。假設系統必須連續提供服務，這個方法可以用來測量AVAIL。

  27. 非功能性的可靠性需求 • 在許多系統需求文件中，可靠性需求都沒有仔細描述。 • 可靠性規格是主觀且無法測量的。 • 描述系統動態行為的敘述也沒有意義。因為系統可靠性是受到軟體故障的影響，而非軟體缺陷。

  28. 建立可靠性規格的步驟 • 針對每個子系統找出各種可能發生的故障，並分析這些故障的後果。 • 以系統故障分析的結果將故障分成幾類。 • 針對每一種故障類別，使用適當的可靠性測量值來定義可靠性需求。 • 不同類別的故障不需要使用相同的測量值 • 在適當的時候，找出定義系統功能的可靠性需求，可以降低嚴重故障的機率。

  29. 範例：進銷存系統 • 進銷存系統應用於製造業或貿易公司，流程： • 客戶訂單：訂購項目、金額、交貨日期、交貨地址 • 檢查成品庫存量，是否能夠滿足訂購量？ • 如果庫存量不足，則開出工單（製令）安排生產流程。 • 依工單與BOM表向零件倉提取零件，若零件庫存不足，則開出採購單，進行採購程序。 • 庫存足夠，開出貨單，向成品倉提貨、檢驗、包裝出貨 • 結帳 • 客戶：應收帳款 • 廠商：應付帳款

  30. 範例：進銷存系統 • 風險識別（Risk Identification） • 訂單逾期未交貨 • 風險分析和分類（Risk Analysis and Classification） • 發生機率：Low • 危害程度：High • 接受度：Intolerable • 風險分解（Risk Decomposition） • 失誤樹分析法（Fault-Tree Analysis） • 風險降低評估（Risk Reduction Assessment）

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