支持演化的可信软件过程研究

Based on software process, engineer trustworthy software that survives trustworthy requirements and requirement evolution has been an outstanding puzzle to the trustworthy software and software engineering communities.This research aims to establish a formal, evolution friendly software process to assure the software trustworthiness across its life-cycle. Specifically, 1) A trustworthy software quality attribute model which is unrelated to the contexts of use, and a tailoring approach which is related to the contexts of use are proposed. On this basis, present value analysis, risk analysis and utility theory of microeconomics will be used to analyze the constraint-based correlations and trade-off relationships of trustworthy software quality attributes. According to the defining and quantifying of the correlation influencing effect, an attribute conflict resolution approach will be proposed. 2) An extended Petri net and the integration of the conflicting trustworthy processes are introduced into software evolution process meta-model proposed by Prof. Li, Tong at Yunnan University. Based on this introduction, a formal meta-model and a meta-model based process description language are proposed. The meta-model and description language can be used to create formal, evolution friendly trustworthy software process model, and then we will use process mining and process model conformance analysis to track specific implementation of the process model dynamically. 3) A process algebra method will be employed to verify the evolution friendly trustworthy software process model in structural verification, properties verification, behavior verification and trustworthy verification. Furthermore, empirical case studies and industrial expert validation will be conducted to validate the proposed model, at the same time, results will feedback to the model for further optimization.

可信软件基于软件过程在开发和演化条件下的方法论是当前可信软件及软件工程领域国内外的关注重点。鉴于可信软件及其演化的复杂性和多样性：1）提出与软件应用场景无关的可信软件质量属性模型及基于应用场景变化的裁剪方法。使用微观经济学的现值分析、风险分析和效用论研究基于约束的可信软件质量属性间的相关性和权衡关系，对相关性影响效应进行界定和量化，提出属性间冲突消解的方法。2）扩展Petri网，融合存在冲突的可信过程，引入云南大学李彤教授的软件演化过程元模型，提出支持演化的可信软件过程形式化元模型和基于元模型的过程描述语言。同时，基于过程挖掘和过程模型符合性分析，对过程模型具体执行进行动态跟踪。3）引入基于进程代数的严格操作语义，提出支持演化的可信软件过程模型的多种形式化验证，包括结构验证、性质验证、行为验证与可信验证。同时，通过案例实证研究以及专家的评估对上述理论研究进行优化。

伴随着软件广泛而深入地渗透到政治、经济、军事、文化和社会生活的各个层面，作为现代生产力发展和人类文明进步不可或缺的强大工具，在国防、金融、政府和通信等关键领域的各种复杂应用需求背景下，软件是否可信已经成为衡量软件系统的重要指标。可信软件基于软件过程在开发和演化条件下的方法论已成为可信软件及软件工程领域国内外的关注重点。.鉴于可信软件及其演化的复杂性和多样性，本项目从细化分析可信软件的可信需求及需求相互关系入手，系统总结国内外已有成果，对支持演化的可信软件过程进行形式化建模与验证，并在实际的软件工程案例中对建模进行实证评估和完善，从而实现可信软件基于过程控制在开发和演化条件下的方法论的理论和实践提升。通过项目执行，项目组取得三个方面的重要研究结果：1）提出应用场景无关的可信软件需求建模方法及基于应用场景变化的领域建模方法。对于存在冲突的软件非功能需求，使用微观经济学的生产理论、替代弹性原理和线性规划方法，研究基于约束的可信软件需求间相关性和权衡关系，对相关性影响效应进行界定和量化，提出非功能需求间冲突消解的方法，最大程度提供可信任度。2）通过权衡可信软件需求寻找支持可信软件过程建模的过程策略。扩展Petri网，使用面向方面方法，提出过程策略应用模式，定义可信软件过程形式化元模型，提出基于元模型的可信软件过程建模方法。引入基于进程代数和模型检测的严格操作语义，提出可信软件过程模型的多种形式化验证，包括结构验证、性质验证、行为验证与可信验证。3）提出软件过程可信性评估、过程实例在线可信演化、过程优化改进、可信方面追踪、软件动态演化一致性验证、软件过程行为偏离诊断与解决、Web服务可信性评估与推荐、过程自动化以及过程管理风险评估与控制相关方法，较为全面地通过对软件过程的保证强化软件可信性。同时，通过案例实证研究、专家评估以及产业界合作，优化所有理论研究成果。