Was bedeutet Static Application Security Testing (SAST)?

Static Application Security Testing (SAST) ist eine Methode der Software-Sicherheitsanalyse, bei der der Quell-, Byte- oder Binärcode einer Anwendung ohne deren Ausführung auf Sicherheitslücken untersucht wird. Im Gegensatz zu dynamischen Tests, die während der Laufzeit durchgeführt werden, findet SAST meist während der Entwicklungsphase statt, um Schwachstellen frühzeitig im Code zu erkennen.

Funktionsweise von Static Application Security Testing (SAST)

SAST-Tools scannen den Code auf unsichere Programmierpraktiken, strukturelle Schwächen und bekannte Schwachstellenmuster wie Logikfehler oder mangelhafte Datenvalidierungen. Dabei erfolgt die Analyse rein statisch, ohne dass die Software ausgeführt wird. Ziel ist es, Sicherheitsprobleme zu identifizieren und zu beheben, bevor die Anwendung in die Laufzeitphase geht.

Grundlegender Workflow von SAST

Codeeingabe: Der Entwickler oder das SAST-Tool gibt den Quellcode, Bytecode oder Binärcode der Anwendung in das SAST-Tool ein. Das Tool beginnt dann mit der Untersuchung des Codes, ohne die Software auszuführen.

Code-Parsing und Modellierung: Der erste Schritt ist das Parsing, bei dem der Quellcode in eine strukturierte Darstellung umgewandelt wird, oft in eine sogenannte Abstract Syntax Tree (AST). Der AST ist eine Baumstruktur, die den logischen Aufbau des Codes darstellt. Dies ermöglicht es dem SAST-Tool, die Code-Strukturen und die Interaktionen zwischen den Komponenten zu verstehen.

Pattern-Matching und Regelanwendung: SAST-Tools verfügen über eine Bibliothek von vordefinierten Sicherheitsregeln und Mustern. Diese Regeln basieren auf bekannten Schwachstellen, wie sie z.B. im OWASP Top 10-Report beschrieben sind (z.B. SQL-Injection, Cross-Site Scripting, Pufferüberläufe). Das Tool vergleicht den Code mit diesen Mustern und erkennt so, ob bestimmte sicherheitskritische Fehlermuster vorliegen.

Datenflussanalyse (Data Flow Analysis): Neben dem Pattern-Matching führt das SAST-Tool auch eine Datenflussanalyse durch. Diese analysiert, wie Daten innerhalb der Anwendung durch verschiedene Komponenten fließen. Ein Fokus liegt dabei darauf, ob Eingabedaten (z.B. Benutzereingaben) ohne angemessene Validierung und Bereinigung an gefährliche Stellen wie Datenbanken, Dateisysteme oder externe Schnittstellen weitergeleitet werden. So lassen sich potenzielle Schwachstellen wie SQL-Injection oder Cross-Site Scripting aufdecken.

Control Flow Analysis (Kontrollflussanalyse): Zusätzlich zur Datenflussanalyse führt das Tool eine Analyse des Kontrollflusses durch. Hierbei wird untersucht, wie verschiedene Programmteile miteinander verknüpft sind, d.h., wie die Kontrollstruktur innerhalb der Anwendung funktioniert. Ziel ist es, zu überprüfen, ob unsichere Codepfade existieren, die Angreifer ausnutzen könnten, z.B. durch ungeschützte Bedingungsabfragen oder Schlupflöcher in Schleifen.

Berichtserstellung und Klassifizierung: Nach Abschluss der Analyse erstellt das Tool einen Bericht, in dem die gefundenen Schwachstellen aufgelistet und nach Schweregrad (z.B. kritisch, hoch, mittel, niedrig) klassifiziert werden. Zu jeder Schwachstelle wird meist eine Beschreibung der Ursache sowie Vorschläge zur Behebung bereitgestellt. Dies ermöglicht es Entwicklern, gezielt an der Verbesserung der Sicherheitslage der Anwendung zu arbeiten.

Technische Details und Analysemechanismen

Code-Parsing und AST (Abstract Syntax Tree)
Beim Code-Parsing wird der Quellcode in eine Struktur zerlegt, die es dem SAST-Tool ermöglicht, den logischen Ablauf und die Hierarchie des Codes zu verstehen. Diese Struktur wird oft als Abstract Syntax Tree (AST) bezeichnet. Der AST dient als Grundlage für die statische Analyse, da er alle Kontrollstrukturen (z.B. Schleifen, Bedingungen), Funktionsaufrufe und Datenflüsse in einer hierarchischen Form darstellt.

Die AST-basierte Analyse ermöglicht es dem SAST-Tool, tief in den Code einzutauchen und Schwachstellen zu erkennen, die auf strukturellen Problemen basieren, wie z.B. unsichere Nutzung von APIs, fehlerhafte Exception-Handling-Mechanismen oder schlecht geschriebene Bedingungen.

Datenflussanalyse (Data Flow Analysis)
Die Datenflussanalyse ist ein zentraler Bestandteil von SAST. Hierbei wird untersucht, wie Daten durch die Anwendung fließen – von der Eingabe (z.B. Benutzereingaben) bis zu kritischen Punkten wie Datenbanken, Dateisystemen oder Netzwerkschnittstellen. Dabei werden unsichere Datenflüsse erkannt, insbesondere dann, wenn Daten ohne ausreichende Validierung oder Bereinigung weitergegeben werden.

Ein Beispiel für eine typische Schwachstelle, die durch die Datenflussanalyse aufgedeckt wird, ist die SQL-Injection. Hierbei untersucht das Tool, ob unvalidierte Benutzereingaben direkt in SQL-Abfragen eingefügt werden, ohne durch Prepared Statements oder ähnliche Schutzmechanismen abgesichert zu sein.

Ein weiterer Fokus der Datenflussanalyse liegt auf der Verkettung von Methoden. Hierbei wird analysiert, wie Methodenaufrufe miteinander interagieren, um festzustellen, ob unsichere Daten von einer Methode zur nächsten weitergegeben werden, bis sie schließlich an einem sicherheitskritischen Punkt verarbeitet werden.

Kontrollflussanalyse (Control Flow Analysis)
Die Kontrollflussanalyse ergänzt die statische Analyse durch eine Untersuchung, wie der Code ausgeführt wird, insbesondere wie die Kontrollstrukturen (z.B. Bedingungen, Schleifen) innerhalb der Anwendung arbeiten. Hier wird überprüft, ob es unsichere Verzweigungen oder Kontrollflüsse gibt, die es einem Angreifer ermöglichen könnten, den normalen Ablauf der Anwendung zu unterbrechen oder unberechtigte Aktionen auszuführen.

Ein Beispiel wäre eine fehlerhafte Bedingungsüberprüfung, bei der ein Angreifer eine Logikschleife umgehen könnte, um Zugriff auf geschützte Ressourcen zu erhalten.

Pattern Matching und Regelbasierte Analyse
SAST-Tools verfügen über eine umfangreiche Bibliothek von Sicherheitsregeln, die bekannte Schwachstellenmuster abdecken. Diese Regeln sind oft auf Standards wie den OWASP Top 10 oder den CWE (Common Weakness Enumeration) abgestimmt. Das Tool scannt den Code auf spezifische Code-Muster, die diesen Schwachstellen entsprechen, und markiert entsprechende Stellen im Code.

Beispiele für solche Regeln sind:

SQL-Injection-Erkennung: Wenn unvalidierte Benutzereingaben direkt in eine SQL-Abfrage eingefügt werden.
Cross-Site Scripting (XSS): Wenn Benutzereingaben in HTML-Ausgaben ohne ordnungsgemäße Bereinigung verwendet werden.
Pufferüberläufe: Wenn unsichere Speicherzugriffe vorliegen, die den Arbeitsspeicher überschreiben könnten.

Reporting und Ergebnisse

Nach Abschluss der Analyse erstellt das SAST-Tool einen detaillierten Bericht, der Folgendes enthält:

Liste der Schwachstellen: Eine Auflistung aller gefundenen Schwachstellen, sortiert nach Schweregrad (kritisch, hoch, mittel, niedrig).
Beschreibung und Empfehlungen: Für jede Schwachstelle wird eine Erklärung gegeben, warum sie ein Sicherheitsrisiko darstellt, und es werden Empfehlungen zur Behebung angeboten.
Fehlerlokalisierung: Der Bericht zeigt die genauen Codezeilen und -abschnitte, in denen die Schwachstellen entdeckt wurden, damit Entwickler diese gezielt korrigieren können.

Integration in Entwicklungsprozesse

SAST kann in moderne DevSecOps-Pipelines integriert werden, wodurch es Teil eines kontinuierlichen Integrations- und Bereitstellungsprozesses (CI/CD) wird. Dies bedeutet, dass der Quellcode bei jedem Build automatisch gescannt wird und Entwickler frühzeitig auf Sicherheitslücken aufmerksam gemacht werden. Viele SAST-Tools bieten zudem IDE-Plugins an, die es Entwicklern ermöglichen, Schwachstellen direkt in ihrer Entwicklungsumgebung zu sehen, noch während sie den Code schreiben.

Vorteile von SAST

Frühzeitige Fehlererkennung: Da SAST bereits in den frühen Phasen der Softwareentwicklung eingesetzt wird, können Sicherheitslücken schnell erkannt und behoben werden, bevor sie in die Produktionsumgebung gelangen.
Breite Abdeckung: Da der gesamte Code statisch analysiert wird, können alle potenziellen Schwachstellen erfasst werden, auch solche, die durch manuelle Tests schwer zu erkennen sind.
Kontinuierliche Integration: SAST kann in den Entwicklungszyklus integriert werden und unterstützt die Entwicklung sicherer Software von Beginn an, was dem Shift-Left-Ansatz in der IT-Sicherheit entspricht.
Automatisierung: Viele SAST-Tools lassen sich automatisieren und bieten somit eine kontinuierliche Überwachung und Analyse des Codes, was die Sicherheitsüberprüfung erheblich vereinfacht.

Nachteile von SAST

False Positives: Da SAST den Code ohne tatsächliche Ausführung der Anwendung analysiert, besteht die Gefahr, dass es eine große Anzahl von False Positives (falsche Alarme) gibt, die Entwickler zusätzliche Zeit kosten können.
Begrenzte Analyse von Laufzeitproblemen: SAST kann keine Schwachstellen erkennen, die nur zur Laufzeit auftreten, wie etwa Logikfehler, die von der dynamischen Ausführung der Anwendung abhängen.
Erfordert Zugang zum Quellcode: SAST benötigt den Zugriff auf den gesamten Quellcode oder Binärcode. Bei Anwendungen mit proprietären oder verschlüsselten Komponenten kann dies problematisch sein.
Ressourcenintensiv bei großen Projekten: Bei sehr umfangreichen Codebasen kann die Analyse viel Zeit und Rechenleistung beanspruchen, was den Entwicklungsprozess verlangsamen kann.

Zusammenfassung

SAST bietet eine umfassende Methode zur statischen Analyse von Quellcode, um Sicherheitslücken frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen und zu beheben. Durch Techniken wie Code-Parsing, Datenfluss- und Kontrollflussanalyse sowie regelbasiertes Pattern-Matching können SAST-Tools eine Vielzahl von Schwachstellen aufdecken, bevor die Anwendung in die Laufzeitphase geht. Dank der Integration in moderne Entwicklungs- und CI/CD-Prozesse kann SAST wesentlich dazu beitragen, sichere Software zu entwickeln und die Sicherheitsqualität bereits in frühen Phasen der Softwareentwicklung zu verbessern.