Automatizando Diagramas de Fluxo de Dados para Microserviços Java

Os Diagramas de Fluxo de Dados (DFDs) são importantes pra garantir a segurança de aplicativos. Eles ajudam a entender como os dados se movem pelos sistemas e são usados em verificações de segurança. Mas, geralmente, criar DFDs é feito manualmente, o que dá um trabalho danado e pode levar a erros. Como os aplicativos são atualizados com frequência, manter os DFDs atualizados é um desafio. Este artigo apresenta um novo método pra criar DFDs automaticamente a partir do código usado em Microserviços, especialmente os escritos em Java.

#A Importância dos DFDs

Os DFDs representam os componentes de um sistema como nós e as conexões entre eles como arestas direcionadas. Eles servem como base pra várias avaliações de segurança. Como a arquitetura de microserviços virou moda, isso trouxe desafios de segurança únicos. Analisar o modelo arquitetural de aplicativos de microserviços ajuda a identificar possíveis fraquezas de segurança. Os DFDs são usados pra visualizar esses modelos. Mas, pra muitos desenvolvedores, criar DFDs é um saco.

#Desafios na Criação de DFDs

Criar DFDs manualmente pode ser bem cansativo pros desenvolvedores. Pesquisas mostram que os desenvolvedores frequentemente têm dificuldade em decidir quão detalhados os DFDs devem ser e o que deve ser incluído neles. Os microserviços podem aumentar essa dificuldade por causa do grande número de serviços e da fluidez dos deployments. Além disso, a natureza rápida das mudanças no código em pipelines de integração contínua e entrega contínua (CI/CD) pode levar a lacunas entre os DFDs criados manualmente e o código real.

#Extração Automática de DFDs

Neste trabalho, introduzimos uma abordagem nova pra criar DFDs automaticamente a partir do código-fonte de microserviços em Java. Nosso método analisa tanto o código quanto os arquivos de configuração pra encontrar palavras-chave que ajudam a construir os DFDs. A técnica procura palavras-chave conhecidas, o que ajuda a reconhecer novas palavras-chave, expandindo assim o modelo de DFD.

#Como Funciona a Abordagem

1. Análise do Código: Este passo inicial envolve ler arquivos estruturados pra coletar informações sobre os microserviços presentes no aplicativo. Isso dá os blocos básicos necessários pra construir o DFD.

2. Busca Direta por Palavras-Chave: Alguns elementos nos DFDs podem ser identificados através de comandos ou anotações específicas no código. Essa busca ajuda a identificar rapidamente funcionalidades-chave.

3. Busca Iterativa por Palavras-Chave: O método envolve uma busca mais complexa por termos definidos pelos desenvolvedores que podem não ser facilmente encontrados em buscas diretas. Esse processo conecta palavras-chave conhecidas com identificadores escolhidos pelos desenvolvedores, descobrindo gradualmente as relações e funcionalidades em todo o código.

Combinando esses métodos, nosso objetivo é criar um DFD completo que destaque tanto a estrutura do aplicativo quanto os aspectos de segurança.

#Avaliando a Abordagem

Pra testar nosso método, criamos um conjunto de dados a partir de 17 aplicativos de microserviços open-source. Os DFDs e suas conexões com o código foram checados manualmente pra garantir a Precisão. Nossa avaliação mostrou um alto nível de precisão e recall, indicando que a ferramenta automatizada pode extrair informações relevantes com eficácia.

#Resultados

O processo de extração resultou em uma porcentagem significativa de componentes do DFD identificados corretamente. A precisão se refere ao número de itens identificados corretamente em relação a todos os itens identificados, enquanto o recall mede os itens identificados corretamente em relação a todos os itens que deveriam ser identificados. Nossos resultados finais mostraram uma precisão geral de 93% e recall de 85%.

#Benefícios do Método

As vantagens da nossa técnica automatizada são duas:

1. Velocidade: O sistema pode rodar rápido, facilitando a integração em pipelines CI/CD.

2. Rastreabilidade: A ferramenta fornece informações claras ligando itens do modelo ao código original, ajudando tanto desenvolvedores quanto avaliadores de segurança.

#A Estrutura dos DFDs

Os DFDs incluem quatro grupos principais de itens:

1. Processos: Representam os microserviços envolvidos.
2. Entidades Externas: Incluem quaisquer clientes ou sistemas de terceiros que interagem com os serviços.
3. Armazenamentos de Dados: Representam onde os dados são mantidos dentro do sistema.
4. Fluxos de Informação: Mostram como os dados se movem entre os processos e as entidades externas.

Anotações podem ser adicionadas pra oferecer mais detalhes sobre as funcionalidades e medidas de segurança em vigor.

#Desafios Enfrentados Durante a Extração

Enquanto desenvolvíamos a ferramenta de extração automática, enfrentamos várias barreiras, especialmente na identificação da comunicação entre serviços e mecanismos de segurança. Por exemplo, detectar o fluxo de dados através de brokers de mensagens requer análise entre múltiplos componentes do código. Além disso, reconhecer características de segurança embutidas no código apresentou desafios, já que muitas vezes requerem um entendimento detalhado espalhado por muitos arquivos.

#Trabalho Futuro

Embora nossa ferramenta mostre resultados promissores, reconhecemos o potencial pra mais desenvolvimento. O trabalho futuro vai focar em:

1. Suporte a Mais Tecnologias: Enquanto o foco atual é em Java, expandir o suporte a outras linguagens de programação ampliará a aplicabilidade da ferramenta.

2. Aprimorar Métodos de Detecção: Refinar as técnicas existentes pode melhorar tanto a precisão quanto o recall na saída.

3. Expandir o Conjunto de Dados: Aumentar o número de aplicativos testados ajudará a validar ainda mais a abordagem e fornecer um conjunto de dados mais rico pra análises futuras.

#Conclusão

Este artigo apresenta uma abordagem nova pra gerar automaticamente diagramas de fluxo de dados a partir de microserviços escritos em Java, enfatizando a segurança. O método mostra alta precisão e recall, indicando sua eficácia em extrair anotações de segurança relevantes. Ao reduzir a carga sobre os desenvolvedores pra criar DFDs manualmente e oferecer rápida integração em fluxos de trabalho existentes, nossa abordagem proporciona uma solução valiosa pra desenvolvimento e manutenção de aplicativos seguros no cenário em evolução dos microserviços.

Este trabalho pode estabelecer a base pra futuras ferramentas que apoiarão uma gama mais ampla de aplicativos e aprimorarão os processos de análise de segurança em vários ambientes de programação.