什么是软件多样性-架构快速进阶教程

1. 概述

在本教程中，我们将研究软件多样性。首先，我们将了解导致软件多样性的动机。最后，我们将研究什么是软件多样性以及如何工作。

2. 了解动机

通常，如果开发人员需要实现解决特定问题的软件，他们会召集团队，分析需求，选择编程工具，并创建一个解决问题的软件程序。

前面描述的方案是在市场上发布新软件的最常见过程。但是，主要是在复杂软件中，发布具有一些未识别错误和潜在安全问题的软件的空间很大。

通过这种方式，使用单个软件实现来解决问题会引起一些担忧：

• 如果软件程序对一个用户失败，则在相同条件下执行它的任何其他用户都可能失败
• 如果攻击者利用软件程序的漏洞创建攻击，则此攻击可能会影响使用它的每个人

所以，问题是：我们如何才能减轻特定软件实现的潜在问题？答案可能是对同一软件进行不同的实现，解决相同的挑战，满足相同的要求，并提供相同的正确结果。简单来说，我们称之为软件多样性解决方案。

3. 软件多样性

如上一节所述，软件多样性由解决相同问题的不同软件实现组成。软件多样性实际上是受生物多样性启发的。例如，许多翅膀形状允许鸟类飞行。然而，有些在特定气候条件下使用时有一些弱点，而另一些则没有。

与代码多样性最相关的是保证给定相同的输入，对于每个不同的实现，程序返回相同的输出。因此，在实践中，所有实现都对输入和输出使用相同的数据模型，并提供相同的操作集。下图描述了所描述的方案：

有几种技术可以实现软件多样性：

• 多供应商：最直接的技术，但通常是最昂贵的技术。三个不同的编程团队接收同一个项目并独立执行，生成同一软件的三个异构实现
• 多编译器：多编译器包含一个多样化引擎，可以为相同的源代码生成不同的二进制文件。因此，它允许开发人员加载不同的插件、规则集和配置，以执行源代码的每次编译
• 随机性：程序员通过该技术修改其不同实现中的程序操作行为。它包括操作内存加载，改变指令顺序以及重新排列程序的基本块

此外，还存在自然的软件多样性。它包括使用可互换的资源来创建不同的软件实现，例如，使用不同的数据库管理系统，甚至在不同的操作系统中运行软件程序。

我们可以强调软件可变性的两个主要好处：安全性和容错能力的改进。在安全性方面，它避免了潜在漏洞和后门的完全传播，隔离了受安全问题影响的软件用户组。在容错方案中，软件可变性避免了使整个可靠系统（例如，使用复制来缓解拜占庭故障的系统）崩溃的错误。

4. 结论

在本教程中，我们研究了软件多样性。我们可以说，多样性是避免已发布软件程序出现灾难性情况的有效替代方案，避免了错误和安全问题的完全传播。