軟體開發流程從早期瀑布式到迭代式開發，再到敏捷開發，持續追求更高的效率和靈活性。隨著雲原生技術和微服務架構的普及，DevOps 應運而生，強調開發和維運的緊密協作。然而，傳統的 DevOps 模式往往忽略了安全性，導致安全問題在後期才被發現，增加了修復成本。DevSecOps 的出現正是為了彌補這一不足，將安全性融入軟體開發的每個環節。從程式碼編寫、構建、測試到佈署和維運，安全考量都應貫穿始終，而非事後彌補。
軟體開發流程的演進與挑戰
軟體開發是一個複雜且不斷演進的過程，從傳統的瀑布式開發到現代的敏捷開發，開發者面臨著諸多挑戰與變革。在本章中，我們將探討軟體開發的不同方法論、其優缺點，以及在實際開發過程中常見的問題。
迭代式開發的優勢
迭代式開發（Iterative Development）是一種逐步完善軟體功能的方法，透過多次迭代來實作最終產品。如圖1-3所示，每個階段完成後並不會嘗試收集完整的需求，而是透過迭代開發過程中的學習來不斷改進。如果某個需求被遺漏，利益相關者可以選擇不在當前版本中釋出該功能，或將其新增至下一次迭代中。與瀑布式開發相比，迭代式開發能夠更快速地回應市場變化。
graph LR
A[開始迭代] --> B[需求分析]
B --> C[設計與實作]
C --> D[測試與驗證]
D --> E[評估與回顧]
E -->|是| F[進入下一次迭代]
E -->|否| G[完成並釋出]
圖表翻譯： 此圖示展示了迭代式開發的流程，每次迭代包含需求分析、設計與實作、測試與驗證以及評估與回顧，最終決定是否進入下一次迭代或完成並釋出產品。
內容分析
迭代式開發允許開發團隊根據反饋不斷調整和改進產品，從而更好地滿足使用者需求。此外，這種方法還能夠減少因需求變更而導致的成本增加和專案延期風險。
敏捷軟體開發的實踐
敏捷軟體開發（Agile Software Development）是一種強調靈活性、協作和快速迭代的開發方法。敏捷開發中包含多個儀式（Ceremonies），例如Sprint規劃、每日站會、Sprint評審、Sprint回顧和待辦事項梳理等。
在敏捷開發中，團隊會建立一個待辦事項清單（Backlog），並根據優先順序進行排序。Sprint待辦事項清單則是從待辦事項清單中選出的需要在當前迭代中完成的任務。
def sprint_planning(backlog, team_capacity):
"""
簡單的Sprint規劃範例
:param backlog: 待辦事項清單
:param team_capacity: 團隊的工作量承載能力
:return: Sprint待辦事項清單
"""
sprint_backlog = []
total_effort = 0
for item in backlog:
if total_effort + item['effort'] <= team_capacity:
sprint_backlog.append(item)
total_effort += item['effort']
else:
break
return sprint_backlog
# 範例用法
backlog = [{'name': 'Feature1', 'effort': 5}, {'name': 'Feature2', 'effort': 3}, {'name': 'Feature3', 'effort': 8}]
team_capacity = 10
sprint_backlog = sprint_planning(backlog, team_capacity)
print("Sprint待辦事項清單:", sprint_backlog)
內容解密：
此範例程式碼展示了簡單的Sprint規劃過程。函式sprint_planning接受待辦事項清單和團隊工作量承載能力作為輸入，並傳回一個Sprint待辦事項清單。在這個過程中，團隊會根據每個任務的工作量（Effort）來選擇能夠在當前Sprint中完成的任務。
開發不良軟體的成因
不良的軟體開發往往源於需求不明確或開發過程中的隔離。開發者在缺乏與其他團隊成員（如維運和安全團隊）充分溝通的情況下，容易導致軟體功能不完善或存在安全問題。
組織中的隔離現象
如圖1-4所示，在某些組織中，開發、維運和安全團隊之間缺乏有效的溝通與協作，導致軟體開發過程中出現隔離現象。這種隔離不僅影響軟體品質，也增加了後續維護的難度。
graph TD
A[開發團隊] -->|缺乏溝通| B[維運團隊]
A -->|缺乏溝通| C[安全團隊]
B -->|缺乏溝通| C
圖表翻譯： 此圖示展示了開發、維運和安全團隊之間的隔離現象，團隊間缺乏有效的溝通與協作。
軟體開發三角困境
在軟體開發專案中，通常存在三個可控變數：時間（Deadline）、成本（Cost）和功能（Features）。專案經理需要在這三者之間做出權衡，如圖1-5所示。
graph LR
A[時間] --> B[成本]
B --> C[功能]
C --> A
圖表翻譯： 此圖示展示了軟體開發中的三角困境，專案經理需要在時間、成本和功能之間進行權衡。
內容分析
在軟體開發過程中，專案經理常常需要在時間、成本和功能之間做出取捨。例如，如果需要在短時間內交付大量功能，則成本可能會增加。相反，如果需要控制成本，則可能需要犧牲部分功能或延長開發時間。
從開發到維運的交接挑戰
在軟體開發完成後，將產品交接給維運團隊是一個關鍵步驟。然而，這個過程往往存在挑戰。維運團隊需要確保軟體在生產環境中穩定執行，並滿足服務等級協定（SLA）的要求。
內容分析
為了減少交接過程中的問題，開發團隊和維運團隊需要加強溝通與協作。例如，透過採用DevOps或DevSecOps實踐，可以提高軟體交付的效率和品質。
為何 DevSecOps 成為軟體開發的關鍵
在現代軟體開發的世界中，DevSecOps 已成為企業爭相採用的開發模式。這種模式強調開發（Development）、安全（Security）和維運（Operations）三者之間的緊密協作，以實作更快速、更安全的軟體交付。然而，為什麼 DevSecOps 如此重要？讓我們探討其背後的緣由。
開發與維運之間的鴻溝
在傳統的軟體開發流程中，開發團隊和維運團隊通常是分開的。這種分隔導致了許多問題的產生。當開發團隊完成軟體開發後，將其交給維運團隊佈署到生產環境中。然而，由於開發和維運環境的不同，常常導致軟體在生產環境中出現效能問題。
開發環境 vs. 生產環境
開發團隊通常在一個與生產環境不同的開發環境中工作。開發環境可能具備較少的負載和更高的靈活性，這使得軟體在開發階段表現良好。然而，當軟體被佈署到生產環境時，卻可能面臨著完全不同的挑戰，例如更高的流量、更複雜的使用者操作等。
案例分析：效能問題的出現
假設某公司開發了一款網頁應用程式。在開發階段，開發團隊使用了一台與他們位於同一區域網（LAN）的伺服器，並且資料來自於一個很少被請求的非生產環境複製品。因此，在開發階段，應用程式的回應時間非常短，效能表現良好。
# 示例程式碼：簡單的 Flask 網頁應用程式
from flask import Flask, request
app = Flask(__name__)
@app.route('/')
def home():
return "歡迎來到我們的網站！"
if __name__ == '__main__':
app.run(debug=True)
內容解密：
上述程式碼是一個簡單的 Flask 網頁應用程式。它建立了一個基本的網頁伺服器，當使用者存取根目錄（’/’）時，傳回一個簡單的歡迎訊息。在開發環境中，這種簡單的應用程式可能執行得非常順暢，但當佈署到生產環境時，隨著流量的增加，效能可能會成為一個問題。
然而，當該應用程式被佈署到生產環境後，使用者登入時出現了問題。由於會話被分散到多台伺服器上，而不是像開發階段那樣僅在一台伺服器上，因此效能大幅下降，變得難以使用。
安全問題被忽略
在某些組織中，存在著一種「不惜一切代價趕進度」的思維方式，再加上「最低可行產品」（MVP）的態度。這種開發正規化理論上可行，但它假設在後續會有時間來修復最初使軟體「最低可行」的問題。然而，這種時間很少真正存在。
安全是個難題
當截止日期臨近時，安全往往成為第一個被犧牲的要求。安全分析師需要每次都正確，而攻擊者只需要成功一次。資料安全部門經常被視為說「不」的部門，無論是新應用程式的請求、防火牆變更還是資料庫存取規則的放鬆，負責維護安全的團隊往往傾向於拒絕變更請求。
# 示例命令：使用 openssl 生成自簽名證書
openssl req -x509 -newkey rsa:4096 -keyout key.pem -out cert.pem -days 365 -nodes
內容解密：
上述命令使用 OpenSSL 工具生成一個自簽名的 SSL 證書。這是確保資料傳輸安全的一個基本步驟。在開發過程中，正確組態和使用 SSL/TLS 證書可以有效保護資料不被竊聽或篡改。
DevSecOps 的必要性
在 DevSecOps 的背景下，安全整合是必要的。這樣可以確保防火牆變更或不合規的資料存取和儲存方法從一開始就不被考慮。否則，開發人員可能會使用未加密的密碼或將憑證儲存在原始碼管理系統中，從而將其暴露給未經授權的個體。
組織文化的重要性
組織文化是決定 DevSecOps 是否成功的首要因素。一個控制導向、自上而下的組織將難以真正實施 DevSecOps。這類別組織可能會使用看似 DevSecOps 的技術，但跨團隊協作的文化轉變將阻礙真正的成功。
DevSecOps 的文化要求
DevSecOps 促進了一種解決問題的方法，即使解決方案來自不同部門的人。與初創公司一樣，DevSecOps 團隊透明地工作，專注於完成有用的工作。在這種環境中，潛在的問題可以被早期發現和解決。
DevSecOps 文化與傳統開發模式的比較
graph LR
A[傳統開發模式] -->|分隔|> B[開發]
A -->|分隔|> C[維運]
A -->|分隔|> D[安全]
E[DevSecOps] -->|協作|> F[開發]
E -->|協作|> G[維運]
E -->|協作|> H[安全]
圖表翻譯：
此圖示比較了傳統開發模式與 DevSecOps 模式。在傳統開發模式中，開發、維運和安全是分隔的，而在 DevSecOps 模式下，這三者是緊密協作的。這種協作有助於早期發現和解決問題，從而提高軟體開發的效率和安全性。
DevOps 與安全性的整合：邁向 DevSecOps 的關鍵步驟
在 DevSecOps 之前，DevOps（開發與維運）已經成為軟體開發與佈署的重要實踐。然而，人們很快意識到，如果沒有將安全性最佳實踐有意義地整合進來，開發和維運就無法真正成功。透過在專案啟動時就納入安全性討論，可以使安全變得無所不在但不具侵入性。
從 DevOps 到 DevSecOps 的進化
即使組織尚未準備好完全整合安全性，DevOps 仍然可以存在並發揮作用。然而，與導致 DevOps 運動出現的相同問題——即佈署中的問題直到太晚才被發現——也可能因為生產或營運環境中必要的安全控制措施而發生。當這種情況發生時，推動 DevSecOps 成為一種文化變革的動力就會增強。
重視流程而非工具
DevOps 和 DevSecOps 更多地關注流程而非用於實作這些流程的工具。沒有文化上的契合和流程的改變，DevSecOps 中使用的工具往往會阻礙進展，有時甚至會拖慢開發速度。即使組織尚未準備好進行真正 DevSecOps 所需的文化變革，透過採用一些 DevSecOps 的最佳實踐，仍然可以獲得一定效益。讓我們從瞭解如何識別能夠接受 DevSecOps 的人才開始。
促進合適的技能
管理階層對 DevSecOps 流程的支援和可見的承諾是決定 DevSecOps 是否成功的最終仲裁者。僅僅讓團隊互相交流是第一步，但這更多是象徵性的，而非富有成效的。管理者不能期望將具有不同利益的人聚集在一起就能產生奇蹟。
識別跨領域技能
DevSecOps 中創造價值的流程需要跨越不同功能領域的多樣化技能組合。例如，一個開發人員如果也能佈署自己的叢集，並且能夠清楚地說明 DNS 和 DHCP 之間的區別，那麼他就是組織內 DevSecOps 試點計劃的理想人選。因此，識別具有跨功能經驗的員工是真正的第一步。這些人可以被用來推動 DevSecOps 的努力。
DevSecOps 即流程
DevSecOps 的流程將來自不同功能領域的人聚集在一起。聚集在一起後，目標是生產出更好的軟體——滿足需求並且能夠快速準確交付的軟體。交付這種軟體的過程經常涉及工具。讓我們在下一節中探討一些相關的流程。
工具與技能的結合
工具對於高效完成某些工作至關重要。就像房頂工匠使用連線到壓縮空氣罐的釘槍將瓦片固定到屋頂上。使用同樣的工具，工作效率會大大提高，但如果使用錘子甚至螺絲刀，工作就會變得困難重重。DevSecOps 也是如此。就像正確地鋪設屋頂需要熟練的作業員和合適的工具的結合一樣，DevSecOps 需要工具和正確使用工具的知識。
重複性與自動化
DevSecOps 專注於建立可重複的流程，這促進了自動化。或者，也許反過來說，自動化促進了可重複的流程。兩者都是正確的。自動化環境的建立和程式碼的佈署使得這些流程能夠一次又一次地重複，並且每次都能得到相同的結果。自動化測試減輕了手動測試的負擔，即使在程式碼變更或錯誤修復後，也無需重複測試相同的程式碼區域。
程式碼範例：自動化佈署指令碼
#!/bin/bash
# 自動化佈署指令碼
# 用於佈署應用程式到生產環境
# 設定環境變數
export ENV=production
export APP_NAME=my_app
# 提取最新程式碼
git pull origin main
# 構建應用程式
npm run build
# 佈署到生產環境
scp -r ./dist user@production_server:/var/www/$APP_NAME
# 重啟服務
ssh user@production_server "sudo systemctl restart $APP_NAME"
內容解密：
此指令碼首先設定了兩個環境變數：ENV 和 APP_NAME。接著，它提取最新的程式碼，構建應用程式，然後將構建好的檔案佈署到生產環境中的指定目錄。最後，它透過 SSH 連線到生產伺服器並重啟應用程式服務。
- 環境變數設定：設定了
ENV和APP_NAME以便在後續操作中使用。 - 程式碼提取：使用
git pull提取最新的程式碼。 - 構建應用程式：執行
npm run build來構建應用程式。 - 佈署：使用
scp將構建好的檔案佈署到生產伺服器。 - 重啟服務：使用
ssh連線到生產伺服器並重啟應用程式服務。
這個指令碼展示瞭如何透過自動化指令碼簡化佈署流程，提高效率並減少人為錯誤。
DevSecOps 流程圖示
graph LR;
A[開發] --> B[構建];
B --> C[測試];
C --> D[佈署];
D --> E[監控];
E --> F[反饋];
F --> A;
圖表翻譯： 此圖示展示了 DevSecOps 的流程。開發人員首先進行開發（A），然後進入構建階段（B）。構建完成後，進入測試階段（C）。測試透過後，應用程式被佈署到生產環境（D）。佈署完成後，系統進入監控階段（E），監控結果會反饋回開發團隊（F），形成一個持續改進的迴圈。
DevSecOps 的必要性與實踐
在現代軟體開發過程中，DevSecOps 已成為提升開發效率、安全性和可靠性的重要實踐方法。本文將探討 DevSecOps 的核心概念、實踐方法及其在軟體開發生命週期（SDLC）中的重要性。
「一切皆程式碼」的正規化
在 DevSecOps 的實踐中，「Infrastructure as Code」（IaC）、「Configuration as Code」等概念逐漸成為主流。這些概念強調透過原始碼管理工具來管理和版本化組態變更，從而實作基礎設施和應用的可重複性和一致性。
大多數伺服器使用文字檔案或類別文字檔案來儲存組態元素。這些檔案可以儲存在 Git 等原始碼管理工具中，從而實作組態變更的版本控制。例如，當管理員更改了服務的組態元素並提交了組態檔案後，遠端倉函式庫會檢測到這一變更並自動啟動佈署流程，將變更推播到適當的伺服器上。
- name: add docker apt key
apt_key:
url: https://download.docker.com/linux/debian/gpg
state: present
- name: add docker repo
apt_repository:
repo: deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian stretch stable
state: present
內容解密：
上述 YAML 組態檔案定義了兩個任務：新增 Docker 的 APT 金鑰和新增 Docker 的軟體倉函式庫。第一個任務使用 apt_key 模組下載並安裝 Docker 的 GPG 金鑰，以確保軟體包的真實性。第二個任務使用 apt_repository 模組新增 Docker 的 APT 倉函式庫，從而允許透過 APT 安裝 Docker 相關軟體包。這種組態方式確保了環境組態的一致性和可重複性。
可見性與透明度
DevSecOps 不僅強調自動化佈署和可重複性，還強調開發過程中的可見性。透過每日站立會議（Daily Standup）等敏捷實踐，團隊成員可以清楚地瞭解目前的開發進度和環境狀態。此外，自動化佈署工具提供了對程式碼和組態的實時可見性，使團隊能夠快速佈署新環境並進行除錯。
可靠性、速度與規模
DevSecOps 的可重複性和可見性帶來了更高的可靠性。程式碼和環境可以一致地佈署，從而減少了佈署過程中的錯誤。當錯誤發生時，由於佈署工具的可見性，錯誤可以立即被發現並修復。可靠性帶來了更快的反應速度，使團隊能夠快速回應變化需求，並根據需求進行擴充套件或縮減。
微服務架構的優勢
雖然微服務架構並非 DevSecOps 的必要條件，但它能夠進一步提升開發速度和擴充套件性。微服務將應用程式分解為多個獨立的功能模組，每個模組提供一致的 API 介面，從而實作獨立開發和佈署，進一步加快了開發程式。
graph TD
A[應用程式] --> B[微服務1]
A --> C[微服務2]
A --> D[微服務3]
B --> E[獨立佈署]
C --> E
D --> E
圖表翻譯： 上圖展示了微服務架構的概念，其中應用程式被分解為多個獨立的微服務，每個微服務可以獨立佈署和擴充套件。這種架構提升了系統的靈活性和可維護性。
DevSecOps 的軟體開發生命週期（SDLC）
傳統的軟體開發生命週期模型無法完全滿足現代 DevSecOps 的需求。因此，本文提出了一個擴充套件的八階段 SDLC 模型，包括計劃、開發、測試、構建、發布、佈署、操作和監控等階段。在這個模型中，安全（Sec）被整合到每個階段，而非作為獨立的階段，以確保安全問題能夠在開發過程的每個環節得到及時處理。
graph LR
A[計劃] --> B[開發]
B --> C[測試]
C --> D[構建]
D --> E[發布]
E --> F[佈署]
F --> G[操作]
G --> H[監控]
圖表翻譯： 上圖展示了擴充套件的 DevSecOps SDLC 模型，各階段環環相扣，形成一個完整的工作流程。安全要素貫穿整個流程，確保軟體開發過程中的安全性和可靠性。
