基于静态分析的Rust内存安全缺陷检测研究 报告人：徐辉 报告日期：2022.11.25 复旦大学 大纲 一、问题背景 二、Rust指针缺陷检测方法 三、实验结论 四、论文发表心得 大纲 一、问题背景 二、Rust指针缺陷检测方法 三、实验结论 四、论文发表心得 Rust语言 ❑ 系统级安全编程语言 ▪ 内存安全 ▪ 并发安全 ▪ 效率 2006年 2011年 Foundation成立 2020年 2021年 Mozilla裁员Servo团队 AWS, Huawei, Google, Microsoft, Mozilla… Rust如何保障内存安全？ ❑ 内存安全问题产生的主要原因之一是指针别名导致悬空指针 ▪ 手动释放内存或调用析构函数 ▪ 函数返回时发生的自动析构或内存释放 ❑ Rust设计的目标之一是编译时检查指针别名（共享可变引用） ▪ 0x012345usize; let r = address as *const i32; } unsafe { risky(); } 调用unsafe函数 定义unsafe函数 Rust的安全哲学 ❑ Safe API无论如何被使用都不应带来未定义行为 ❑ 程序员应避免直接使用unsafe code ❑ Interior unsafe：将unsafe code封装为safe API

第三届中国 Rust 开发者大会 安全高效的二进制序列化 Daniel Wang @ NEAR Borsh • 运行、编码效率 • 确定性 • 跨平台兼容性 二进制序列化的问题 Binary Object Representation Serializer for Hashing • 字节级别确定性 • 执行速度快 Borsh • 轻量级 • 每一个对象与其二进制表示之间都存在一个双射映射

出以下计数简化技巧。 1. 忽略 ?(?) 中的常数项。因为它们都与 ? 无关，所以对时间复杂度不产生影响。 2. 省略所有系数。例如，循环 2? 次、5? + 1 次等，都可以简化记为 ? 次，因为 ? 前面的系数对时间复 杂度没有影响。 3. 循环嵌套时使用乘法。总操作数量等于外层循环和内层循环操作数量之积，每一层循环依然可以分别 套用第 1. 点和第 2. 点的技巧。 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： fn algorithm(n: i32) { let mut a = 1; // +0（技巧 1） a = a + n; // +0（技巧 1） // +n（技巧 2） for i in 0..(5 * n + 1) { 第 2 章 复杂度分析 hello‑algo.com 32 println!("{}", 0); } // +n*n（技巧 3） for i in 0..(2 * n) { for j in 0..(n + 1) { println!("{}", 0); } } } 以下公式展示了使用上述技巧前后的统计结果，两者推算出的时间复杂度都为 ?(?2) 。 ?(?) = 2?(? + 1) + (5? + 1) + 2 完整统计 (‑.‑|||) = 2?2 + 7? + 3 ?(?) = ?2 + ? 偷懒统计

出以下计数简化技巧。 1. 忽略 ?(?) 中的常数项。因为它们都与 ? 无关，所以对时间复杂度不产生影响。 2. 省略所有系数。例如，循环 2? 次、5? + 1 次等，都可以简化记为 ? 次，因为 ? 前面的系数对时间复 杂度没有影响。 3. 循环嵌套时使用乘法。总操作数量等于外层循环和内层循环操作数量之积，每一层循环依然可以分别 套用第 1. 点和第 2. 点的技巧。 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： fn algorithm(n: i32) { let mut a = 1; // +0（技巧 1） a = a + n; // +0（技巧 1） // +n（技巧 2） for i in 0..(5 * n + 1) { 第 2 章 复杂度分析 www.hello‑algo.com 32 println!("{}", 0); } // +n*n（技巧 +n*n（技巧 3） for i in 0..(2 * n) { for j in 0..(n + 1) { println!("{}", 0); } } } 以下公式展示了使用上述技巧前后的统计结果，两者推算出的时间复杂度都为 ?(?2) 。 ?(?) = 2?(? + 1) + (5? + 1) + 2 完整统计 (‑.‑|||) = 2?2 + 7? + 3 ?(?) = ?2

出以下计数简化技巧。 1. 忽略 ?(?) 中的常数项。因为它们都与 ? 无关，所以对时间复杂度不产生影响。 2. 省略所有系数。例如，循环 2? 次、5? + 1 次等，都可以简化记为 ? 次，因为 ? 前面的系数对时间复 杂度没有影响。 3. 循环嵌套时使用乘法。总操作数量等于外层循环和内层循环操作数量之积，每一层循环依然可以分别 套用第 1. 点和第 2. 点的技巧。 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： 给定一个函数，我们可以用上述技巧来统计操作数量： fn algorithm(n: i32) { let mut a = 1; // +0（技巧 1） a = a + n; // +0（技巧 1） // +n（技巧 2） for i in 0..(5 * n + 1) { 第 2 章 复杂度分析 hello‑algo.com 32 println!("{}", 0); } // +n*n（技巧 3） for i in 0..(2 * n) { for j in 0..(n + 1) { println!("{}", 0); } } } 以下公式展示了使用上述技巧前后的统计结果，两者推算出的时间复杂度都为 ?(?2) 。 ?(?) = 2?(? + 1) + (5? + 1) + 2 完整统计 (‑.‑|||) = 2?2 + 7? + 3 ?(?) = ?2 + ? 偷懒统计

出以下計數簡化技巧。 1. 忽略 ?(?) 中的常數項。因為它們都與 ? 無關，所以對時間複雜度不產生影響。 2. 省略所有係數。例如，迴圈 2? 次、5? + 1 次等，都可以簡化記為 ? 次，因為 ? 前面的係數對時間複 雜度沒有影響。 3. 迴圈巢狀時使用乘法。總操作數量等於外層迴圈和內層迴圈操作數量之積，每一層迴圈依然可以分別 套用第 1. 點和第 2. 點的技巧。 給定一個函式，我們可以用上述技巧來統計操作數量： 給定一個函式，我們可以用上述技巧來統計操作數量： fn algorithm(n: i32) { let mut a = 1; // +0（技巧 1） a = a + n; // +0（技巧 1） // +n（技巧 2） for i in 0..(5 * n + 1) { 第 2 章 複雜度分析 www.hello‑algo.com 32 println!("{}", 0); } // +n*n（技巧 +n*n（技巧 3） for i in 0..(2 * n) { for j in 0..(n + 1) { println!("{}", 0); } } } 以下公式展示了使用上述技巧前後的統計結果，兩者推算出的時間複雜度都為 ?(?2) 。 ?(?) = 2?(? + 1) + (5? + 1) + 2 完整統計 (‑.‑|||) = 2?2 + 7? + 3 ?(?) = ?2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 20.1. 不安全 Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 昭著的陷阱。即使谨慎的实践者，亦唯恐代码出现漏洞、崩溃或损坏。 Rust 破除了这些障碍：它消除了旧的陷阱，并提供了伴你一路同行的友好、精良的工具。想 要 “深入” 底层控制的程序员可以使用 Rust，无需时刻担心出现崩溃或安全漏洞，也无需因为 工具链不靠谱而被迫去了解其中的细节。更妙的是，语言设计本身会自然而然地引导你编写出 可靠的代码，并且运行速度和内存使用上都十分高效。 已经在从事编写底层代码的程序员可以使用 Rust abstractions）—— 将高级语言特性编 译成底层代码，并且与手写的代码运行速度同样快。Rust 努力确保代码又安全又快速。 这里提到的只是几个较大的受益群体，Rust 语言也希望能支持更多其他用户。总的来说， Rust 最重要的目标是消除数十年来程序员习以为常的取舍，让安全和高效、速度和易读易用 可以兼得。试试看 Rust，说不定它的选择就适合你。 本书适合哪些人 本书假设你已经有其他

语言设计的看法主要是：重大创新，却又博采众长。 Rust 为了解决内存安全问题重新设计了类型系统，提出了所有权的概念，同时 为了能够解决当前大多数语言无法检测到的运行时错误，rust 创造性地设计了 无畏并发。Rust 借鉴了很多优秀语言的设计理念，以及快速迭代的社区，这些 都是 Rust 受到赞赏的重要因素。 Rust 是一门系统级编程语言，被设计为保证内存和线程安全，并防止段错误。 作为系统级编程语言，它的基本理念是 可以被归为通用的、多范式、编译型的编程语言，类似 C 或者 C++。与 这两门编程语言不同的是，Rust 是线程安全的！ Rust 编程语言的目标是，创建一个高度安全和并发的软件系统。它强调安全性、 并发和内存控制。尽管 Rust 借用了 C 和 C++ 的语法，它不允许空指针和悬 挂指针，二者是 C 和 C++ 中系统崩溃、内存泄露和不安全代码的根源。 Rust 中有诸如 if else 和循环语句 for 和 while （structured type）而不是类（class）。这点，与基于继承的 OO 语言 C++, Java 有相当大的差异。而跟 Ocaml, Haskell 这类函数式语言更加接近。 Rust 做到了内存安全而无需 .NET 和 Java 编程语言中实现自动垃圾收集器的 开销，这是通过所有权/借用机制、生命周期、以及类型系统来达到的。 Rust 程序设计语言的本质在于赋能（empowerment）：无论你现在编写的是何

...................................................................................... 484 19.1. 不安全的 Rust ............................................................................................ 昭著的陷阱。即使谨慎的实践者，亦唯恐代码出现漏洞、崩溃或损坏。 Rust 破除了这些障碍：它消除了旧的陷阱，并提供了伴你一路同行的友好、精良的工具。想 要 “深入” 底层控制的程序员可以使用 Rust，无需时刻担心出现崩溃或安全漏洞，也无需因为 工具链不靠谱而被迫去了解其中的细节。更妙的是，语言设计本身会自然而然地引导你编写出 可靠的代码，并且运行速度和内存使用上都十分高效。 已经在从事编写底层代码的程序员可以使用 Rust abstractions）—— 将高级语言特性编 译成底层代码，并且与手写的代码运行速度同样快。Rust 努力确保代码又安全又快速。 这里提到的只是几个较大的受益群体，Rust 语言也希望能支持更多其他用户。总的来说， Rust 最重要的目标是消除数十年来程序员习以为常的取舍，让安全和高效、速度和易读易用 可以兼得。试试看 Rust，说不定它的选择就适合你。 本书适合哪些人 本书假设你已经有其他编

29.6.1 解答 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 30 不安全 Rust 174 30.1 不安全 Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 30.2 解引用裸指针 177 30.6 实现 Unsafe Trait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 30.7 安全 FFI 封装容器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 30.7.1 解答 . . . . minutes • Day 4 Afternoon (2 hours and 10 minutes, including breaks) Segment Duration 错误处理 55 minutes 不安全 Rust 1 hour and 5 minutes 深入探究 除了为期四天的“Rust 基础”课程外，还有一些专业课题提供： Android 中的 Rust 深入探究 Android 中的