آشنایی با مفهوم Defensive Programming در زمینه توسعه نرم‌افزار

بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها

بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها یکی از جوانب مهم برنامه‌نویسی تدافعی است. هدف اصلی این مرحله، اطمینان حاصل کردن از صحت و قابل اعتماد بودن داده‌هایی است که برنامه دریافت می‌کند. با توجه به اینکه ورودی‌ها ممکن است توسط کاربران یا منابع خارجی تأمین شوند، ضروری است تا برنامه بتواند با هر گونه ورودی درست یا اشتباه به درستی برخورد کند. برای بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها در برنامه‌نویسی تدافعی، می‌توانید از روش‌ها و تکنیک‌های زیر استفاده کنید:

• بررسی محدوده مجاز: این روش شامل بررسی این موضوع است که آیا ورودی‌ها در محدوده مجاز یا با مقادیر مناسب قرار دارند یا خیر. به عنوان مثال، اگر یک پارامتر عددی بین ۱ تا ۱۰۰ مجاز است، باید بررسی شود که ورودی در این محدوده قرار دارد.
• بررسی صحت فرمت: در این روش، فرمت ورودی‌ها بررسی می‌شود تا با یک الگو یا قالب خاص هماهنگ شود. به عنوان مثال، یک ورودی ایمیل باید به صورت "example@example.com" باشد و یا یک شماره تلفن باید به فرمت مشخصی باشد.
• اعتبارسنجی داده‌های حساس: اگر ورودی‌ها شامل داده‌های حساس مانند رمزعبور یا اطلاعات مالی هستند، باید از روش‌های اعتبارسنجی قوی‌تر استفاده کنید. به عنوان مثال، بررسی طول و قواعد پیچیده برای رمزعبورها، استفاده از تمامی تکنیک‌های امنیتی مرتبط با انتقال داده‌های مالی و استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری مناسب.
• جلوگیری از حملات امنیتی: در برنامه‌نویسی تدافعی، باید بتوانید از حملات مختلفی مانند حملات SQL Injection، Cross-Site Scripting یا حملات با استفاده از کدهای مخرب و محرک‌های خطرناک جلوگیری کنید. برای این منظور، باید ورودی‌ها را به خوبی تمیز کرده و فیلتر کنید تا هرگونه کد خطرناک یا دستورات مخرب حذف یا غیرفعال شوند.
• تست واحد: یک روش مهم در بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها، استفاده از تست‌های واحد (unit tests) است. با ایجاد تست‌های واحد برای هر قسمت از برنامه که ورودی دریافت می‌کند، می‌توانید صحت و عملکرد صحیح آنها را تضمین کنید. در این تست‌ها، می‌توانید انواع ورودی‌های مختلف را با انتظار خروجی مشخص مورد آزمایش قرار داده و بررسی کنید که برنامه به درستی با این ورودی‌ها برخورد می‌کند یا خیر.
• استفاده از کتابخانه‌ها و فریم‌ورک‌ها امنیتی: برای بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها، می‌توانید از کتابخانه‌ها و فریم‌ورک‌های امنیتی استفاده کنید. این ابزارها معمولا قابلیت‌ها و تکنیک‌های مختلفی را برای بررسی و اعتبارسنجی ورودی‌ها فراهم می‌کنند و می‌توانند به شما در جلوگیری از حملات امنیتی کمک کنند.
• آموزش کاربران: در صورتی که برنامه با ورودی‌هایی از طرف کاربران تعامل دارد، می‌توانید به کاربران آموزش دهید که چگونه ورودی‌های صحیح را وارد کنند. رویکرد فوق می‌تواند باعث کاهش خطر حملات امنیتی و اشکالات ناشی از ورودی‌های نادرست شود.

مدیریت خطاها

مدیریت خطاها یکی دیگر از جنبه‌های مهم در برنامه‌نویسی تدافعی است. هدف اصلی مدیریت خطاها، مدیریت و پیش‌بینی خطاهایی است که در هنگام اجرای برنامه رخ می‌دهند و تاثیرات منفی بر امنیت سیستم دارند. با مدیریت صحیح خطاها، می‌توانید از افشای اطلاعات حساس، نقص در عملکرد سیستم، و تضعیف امنیت جلوگیری کنید. برخی از روش‌های رایج برای مدیریت خطاها در برنامه‌نویسی تدافعی به شرح زیر است:

• استفاده از ساختارهای تشخیص و رسیدگی به خطاها: در برنامه‌های تدافعی، می‌توانید از ساختارهایی مانند try-catch و exception handling استفاده کنید تا خطاها را تشخیص داده و به آنها پاسخ دهید. با استفاده از این ساختارها، می‌توانید خطاها را مدیریت کرده و اقدامات امنیتی مناسب را انجام دهید.
• زمان‌بندی و ثبت خطاها: برای مدیریت خطاها، می‌توانید زمانبندی و ثبت خطاها را در برنامه‌های خود پیاده‌سازی کنید. با ثبت خطاها و زمان‌بندی مناسب، می‌توانید خطاها را پیگیری کنید، درک بهتری از الگوها و روندهای خطا داشته باشید و اقدامات اصلاحی مناسب را انجام دهید.
• گزارش‌گیری (Logging): استفاده از سیستم لاگ‌گیری که پیام‌ها و اطلاعات مربوط به خطاها را ثبت می‌کند، می‌تواند در مدیریت خطاها بسیار مفید باشد. با استفاده از لاگ‌گیری، می‌توانید خطاها را شناسایی و تجزیه و تحلیل کنید، اطلاعات مفیدی درباره علت وقوع خطاها و شرایط مرتبط با آنها به دست آورید و اقدامات پیشگیرانه را برای آینده انجام دهید.
• مدیریت استثناء‌ها: استثناء‌ها در برنامه‌نویسی تدافعی می‌توانند ابزار قدرتمندی برای مدیریت خطاها باشند. با تعریف و استفاده از استثناء‌ها، می‌توانید خطاهای خاصی را شناسایی کنید و اقدامات مرتبط با آنها را انجام دهید. به عنوان مثال، می‌توانید استثناء‌هایی برای انتقال غیرمعتبر، اطلاعاتی که مشکلات امنیتی دارند یا دسترسی غیرمجاز به منابع تعریف کنید و در صورت بروز آنها، اقدامات مناسبی را انجام دهید.
• تحلیل خطا: برای مدیریت خطاها در برنامه‌نویسی تدافعی، تحلیل خطا و بررسی علل وقوع آنها بسیار مهم است. با تحلیل خطا، می‌توانید الگوها و روندهای خطا را شناسایی کنید، ضعف‌های امنیتی را تشخیص دهید و اقدامات اصلاحی را برای جلوگیری از تکرار خطاها انجام دهید.
• تست و اعتبارسنجی: تست و اعتبارسنجی منظم برنامه‌ها، یکی از روش‌های مهم برای مدیریت خطاها در برنامه‌نویسی تدافعی است. با انجام تست‌های جامع و اعتبارسنجی برنامه‌ها، می‌توانید خطاها را شناسایی و برطرف کنید، عملکرد صحیح برنامه را تأیید کنید و از تأثیرات منفی خطاها در امنیت سیستم جلوگیری کنید.

پیشگیری از بروز خطاهای متداول

پیشگیری از بروز خطاهای متداول در برنامه‌نویسی تدافعی بسیار مهم است و می‌تواند امنیت برنامه را بهبود بخشد. برخی از روش‌های پیشگیری از بروز خطاهای متداول در برنامه‌نویسی تدافعی به شرح زیر است:

• اعتبارسنجی داده‌ها: یکی از خطاهای رایج در برنامه‌نویسی تدافعی، ورودی‌های نامعتبر یا تزریق داده‌های مخرب است. بنابراین، باید داده‌های ورودی را به دقت بررسی کنید و اعتبارسنجی کنید. اطمینان حاصل کنید که داده‌های ورودی در محدوده مجاز قرار دارند و شامل کدهای مخرب نیستند. استفاده از توابع و کتابخانه‌های اعتبارسنجی داده و فیلترسازی ورودی می‌تواند به شما در این زمینه کمک کند.
• پیشگیری از بروز مشکل سرقت نشست‌ (Session Hijacking): در برنامه‌‌نویسی تدافعی، حفاظت از نشست‌ها بسیار حائز اهمیت است. برای پیشگیری از بروز این مشکل می‌توان از تکنیک‌هایی مثل توکن‌های CSRF سرنام (Cross-Site Request Forgery) یا عدم اجازه به باز شدن نشست‌های مشکوک استفاده کرد. همچنین، استفاده از رمزنگاری مناسب برای ارتباطات و استفاده از پروتکل‌های امنیتی مانند HTTPS نیز می‌تواند در پیشگیری از نشست‌های مخرب مفید باشد.
• کنترل دسترسی: بررسی و کنترل دسترسی به منابع و عملیات حساس نیز باید در نظر گرفته شود. باید اطمینان حاصل شود که فقط کاربران مجاز به منابع حساس دسترسی دارند و مجوزهای لازم برای هر کاربر بر مبنای شرح وظایفش است. همچنین، باید از توابع و مکانیزم‌های کنترل دسترسی موجود در زبان برنامه‌نویسی یا فریم‌ورک‌های مورد استفاده استفاده کنید.
• پیشگیری از بروز حمله تزریق کد: حملات تزریق کد، مانند حملات SQL Injection و XSS سرنام (Cross-Site Scripting)، مخاطرات جدی امنیتی به همراه دارند. برای پیشگیری از بروز چنین حملاتی باید از پارامترهای استاندارد و امن برای ارتباط با پایگاه داده، از توابع آماده و مکانیزم‌های امنیتی برای جلوگیری از بروز حملات XSS. از استانداردها و روش‌های امن برای تایید و فیلتر کردن داده‌های ورودی کاربر، به‌روزرسانی مستمر زبان‌های برنامه‌نویسی، فریم‌ورک‌ها و کتابخانه‌های مورد استفاده و  به‌کارگیری بهترین الگوهای امنیتی استفاده کنید.

مکانیزم تایید و پاک‌سازی

در برنامه‌نویسی تدافعی، مکانیزم تایید و پاک‌سازی (Validation and Sanitization) به استفاده از روش‌ها و فنونی اشاره دارد که برای اعتبارسنجی و پاک‌سازی داده‌های ورودی از سمت کاربر استفاده می‌شود. این مکانیزم‌ها برای جلوگیری از حملات تزریق کد مخرب، نفوذ به سیستم و کاهش خطرات امنیتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مکانیزم تأیید (Validation) به اعتبارسنجی داده‌های ورودی و مطابقت آن‌ها با قوانین و محدودیت‌های مشخصی اشاره دارد. به عبارت دیگر، مکانیزم تأیید مطمئن می‌شود که داده‌های ورودی درست و معتبر هستند و با نیازهای سیستم سازگار هستند. برخی از فنون مورد استفاده در مکانیزم تأیید شامل موارد زیر هستند:

• بررسی نوع داده (Data Type Checking): بررسی و اعتبارسنجی نوع داده‌های ورودی برای اطمینان از تطابق آن‌ها با نوع مورد انتظار. به عنوان مثال، در صورتی که یک ورودی به عنوان عدد صحیح مورد انتظار است، باید بررسی شود که ورودی وارد شده به واقع یک عدد صحیح است و نه رشته یا نوع دیگری.
• محدودیت طول (Length Limitation): بررسی و تأیید طول داده‌های ورودی و اطمینان حاصل کردن از محدودیت طولی مجاز. این کار می‌تواند از طریق بررسی تعداد کاراکترها، بایت‌ها یا بیت‌های ورودی صورت گیرد.
• بررسی معتبر بودن (Validity Checking): اعتبارسنجی داده‌های ورودی بر اساس محدودیت‌ها، الگوها یا قوانین مشخصی. به عنوان مثال، بررسی صحت یک آدرس ایمیل با استفاده از یک الگوی مناسب یا بررسی صحت یک شماره تلفن با استفاده از الگوهای مربوطه.
• مکانیزم پاک‌سازی (Sanitization) به تمیز کردن داده‌ها از محتوای خطرناک و غیرمجاز اشاره دارد. در این مرحله، داده‌های ورودی تحت عملیات پاکسازی قرار می‌گیرند تا هرگونه کد خطرناک، نشانگرهای تزریق مخرب یا محتوای غیرمجاز دیگراز آن‌ها حذف شود. این کار می‌تواند شامل عملیات‌هایی مانند حذف یا جایگزینی کاراکترهای خاص، فیلتر کردن ورودی بر اساس الگوها یا استفاده از تکنیک‌های دیگر برای تمیز کردن داده‌ها باشد.

به طور معمول، استفاده از مکانیزم تأیید و پاک‌سازی بهبود امنیت سیستم را به همراه دارد و از وقوع حملات امنیتی جلوگیری می‌کند. با اعمال این مکانیزم‌ها، داده‌های ورودی معتبرتر و تمیزتر خواهند بود و سیستم در وضعیت پایداری قرار خواهد گرفت

استفاده از تست‌های متنوع

استفاده از تست‌های متنوع در برنامه‌نویسی تدافعی به این معنا است که برای اعتبارسنجی و امنیت داده‌ها و برنامه‌ها، مجموعه‌ای از تست‌ها و آزمون‌ها طراحی و اعمال می‌شود. این تست‌ها به منظور شناسایی و شناسایی آسیب‌پذیری‌ها، نقاط ضعف و خطاهای احتمالی در برنامه ورودی و خروجی استفاده می‌شوند. استفاده از تست‌های متنوع در برنامه نویسی تدافعی مزایای زیر را به همراه دارد:

• شناسایی آسیب‌پذیری‌ها: تست‌های متنوع می‌توانند به شناسایی آسیب‌پذیری‌های احتمالی در برنامه کمک کنند. با اجرای تست‌های متنوع بر روی داده‌های ورودی و بررسی وضعیت و خروجی‌های ناخواسته، ممکن است آسیب‌پذیری‌هایی که اجازه نفوذ به سیستم را به حمله‌کننده می‌دهند، شناسایی شوند.
• بررسی پایداری در برابر حملات: با استفاده از تست‌های متنوع، می‌توان مقاومت برنامه در برابر حملات مختلف را بررسی کرد. این تست‌ها می‌توانند شبه حملات را شبیه‌سازی کنند و به برنامه‌نویسان کمک کنند تا ضعف‌ها را تصحیح کرده و نقاط ضعف را تقویت کنند.
• افزایش اعتماد به‌نفس: استفاده از تست‌های متنوع و کامل، به برنامه‌نویسان و تیم توسعه اعتماد به‌نفس بیشتری می‌دهد، زیرا با اجرای تست‌های مختلف و بررسی موارد مختلف، می‌توان مطمئن شد که برنامه آماده عرضه و استفاده است.
• بهبود کیفیت نرم‌افزار: تست‌های متنوع می‌توانند بهبود کیفیت نرم‌افزار را به همراه داشته باشند. با شناسایی و رفع خطاها و آسیب‌پذیری‌ها، عملکرد و پایداری برنامه بهبود می‌یابد و این موضوع رضایت کاربران را به همراه دارد.  

مستندسازی مناسب

مستندسازی مناسب در برنامه‌نویسی تدافعی یکی از اقدامات مهمی است که برنامه‌نویسان و تیم‌های توسعه نباید از آن غافل شوند. مستندسازی مناسب به برنامه‌نویسان کمک می‌کند تا نیازمندی‌ها و الزامات امنیتی را به طور دقیق تعریف کنند و اطلاعات مربوط به آزمون‌ها و تست‌های انجام شده را ثبت کنند. برخی از اصول مستندسازی در برنامه‌نویسی تدافعی به شرح زیر هستند:

• توضیح نیازمندی‌های امنیتی: در مستندسازی برنامه‌نویسی تدافعی، باید نیازمندی‌های امنیتی را به طور دقیق تعریف کنید. این موضوع شامل مواردی مانند محدودیت‌های دسترسی، روش‌های تشخیص و پاسخ به تهدیدات، رفع آسیب‌پذیری‌ها و موارد مرتبط با حفاظت از داده‌ها است.
• توصیف راهکارهای امنیتی: برای هر یک از نیازمندی‌های امنیتی، باید راهکارهای امنیتی متناسب را شرح دهید. این فرآیند شامل استفاده از الگوریتم‌ها، روش‌ها و تکنیک‌های امنیتی می‌شود. همچنین، باید توضیح دهید چگونه این راهکارها در برنامه پیاده‌سازی می‌شوند و چگونه مورد آزمون قرار می‌گیرند.
• توضیح آسیب‌پذیری‌ها و تهدیدات: لیستی از آسیب‌پذیری‌ها و تهدیدات محتمل را در مستندسازی برنامه‌نویسی تدافعی ارائه دهید که شامل آسیب‌پذیری‌های معروف، حملات ممکن و روش‌های مورد استفاده توسط حمله‌کنندگان است. برای هر آسیب‌پذیری، باید توضیح دهید چگونه می‌تواند به خطر امنیتی منجر شود و چگونه می‌توان آن را رفع کرد.
• توضیح روش‌های آزمون و تست: باید روش‌ها و رویکردهای مرتبط با آزمون و تست را شرح دهید. این فرآیند شامل توضیح تست‌های امنیتی، آزمون‌های نفوذ، آزمون‌های بازیابی و سایر فعالیت‌های مرتبط با آزمون است.  همچنین، باید توضیح دهید که چگونه این تست‌ها اجرا می‌شوند، چگونه نتایج آزمون‌ها تحلیل می‌شوند و چگونه موارد ضعف و مشکلات شناسایی شده مورد رفع قرار می‌گیرند.
• نحوه پاسخگویی به آسیب‌پذیری‌ها: باید یک روش مناسب برای پاسخگویی به آسیب‌پذیری‌ها و حملات امنیتی تعریف کنید. این موضوع شامل فرآیندها و رویکردهایی مانند رفع آسیب‌پذیری‌ها، به روزرسانی نرم‌افزار، مانیتورینگ و گزارش‌دهی است. برنامه‌نویسان باید بدانند چگونه با وقوع حملات امنیتی برخورد کنند و چگونه برای رفع آنها و بهبود امنیت سیستم اقدام کنند.
• توضیحات فنی و معماری: جزئیات فنی و معماری مرتبط با امنیت سیستم باید شرح داده شود. از جمله این موارد باید به ساختار برنامه، مفاهیم امنیتی، استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری، مدیریت احراز هویت و سایر جنبه‌های معماری امنیتی اشاره کرد.
• مستندسازی کد: نگهداری مستندات مرتبط با کدهای برنامه‌نویسی نیز بسیار مهم است. باید کدهای برنامه‌نویسی امن را به طور مناسبی مستندسازی کرده و عملکرد آن‌ها را شرح دهید.

در مجموع باید بگوییم که برنامه‌نویسی دفاعی در صنعت توسعه نرم‌افزار به منظور ایجاد نرم‌افزارهای پایدار، امن و قابل اعتماد بسیار حائز اهمیت است. با رعایت اصول برنامه‌نویسی دفاعی، می‌توان خطاها را کاهش داده و کیفیت و قابلیت اطمینان نرم‌افزارها را بهبود بخشید.