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

2015年发布Rust 1.0 ● 内存安全、高效和并发 ● 无GC ● 支持函数式编程 ● 强大友好的编译器 Rust 简介 Rust 的内存安全是由Ownership来保证 ，在编译期间检查，规则： ● 每个值都有一个owner ● 同一时间只有一个owner ● 当owner离开作用域之后，值被丢 弃 Rust 特性 - 内存安全 Rust 特性 - ownership 中心应用的问题： ● 难以保证不作恶 ● 用户隐私问题 ● 代码安全 ● 隐藏成本高 ● 服务不可用 ● …… web 2.0 中心应用的问题： ● 难以保证不作恶 ● 用户隐私问题 ● 代码安全 ● 隐藏成本高 ● 服务不可用 ● …… web 2.0 Vs web 3.0 去中心应用 – 解决方案 ● 分叉、链上治理 ● 用户拥有数据主权 ● 开源可审查 ● 分享权益 特点： ● Gas 费用 ● 沙盒环境 ● 链上存储租赁 ● 状态回滚 Smart contract Vs application chain app chain特点： ● Runtime 安全有开发者完全负责 ● 获取链上所有状态 ● 高度定制化，包括共识，通证，交易 方式 一个开源、模块化、可扩展的区块链开 发框架，涵盖了区块链的核心组件： ● Database layer ●

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

Table of Contents 目录 Use of Rust in Implementing Cryptographic Algorithms and Protocols #3 Rust 实现密码与安全协议的优势与现状 Introduction to Shangmi Algorithms and Protocols #2 国密算法与协议介绍 Huawei Ylong Rust Cryptographic Framework #4 华为 Ylong Rust 密码库 国密算法总览 Overview to Shangmi Cryptography Section #1 • 密码算法安全目标 • 密码算法分类 • 国密套件总览 密码算法安全目标 Security Goals Rust China Conf 2022 – 2023, Shanghai, China • 通常来说，通过加密方式，对于信息的传输，我们希望达成以下五个目标： TLS 简介 来源：国密算法加密芯片，支持国密全套件等安全算法，http://www.bjlcs- tech.com/article/95.html 国密套件总览 List of Shangmi Cryptography Rust China Conf 2022 – 2023, Shanghai, China 算法 算法标准 功能 类型 安全位数 (bit) 对应算法 是否公开 应用 Sm1

0版本 2013年末我开始关注Rust，但尚未深入实践 在重大场合正式演讲这是人生第一次 2016年春节至今认真准备讲稿近三个月 如有错误或纰漏，敬请谅解！ 感谢臧秀涛主编盛情邀请！ Rust 安全、高效、并发的系统编程语言 2006年 2009年 2012年 2015年 2016年 Rust Cargo v0.0 ... v0.2 ... v0.10 系统编程+零运行时+内存安全 系统编程+零运行时+内存安全 （应用领域） （运行效率） （系统安全） 系统编程 Systems Programming 系统编程+零运行时+内存安全 System programming • The programmer will make assumptions 系统编程 • 对硬件的控制（嵌入式, OS） • 对系统底层的控制（OS, kernel, driver） • 对CPU和内存的高效利用（Server, OS） • 对运算性能的高要求 • 对系统安全和内存安全的强需求 重点项目&热门领域 • 大数据 • 云计算 • 物联网 • 航空航天 • 超级计算机 • 科学运算/机器学习 • 图形图像处理 • 虚拟现实 ……都有系统编程的身影

29.6.1 解決方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 30 不安全的 Rust 174 30.1 不安全的 Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 30.2 對裸指標解參考 . 176 30.5 呼叫不安全的函式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 30.6 實作不安全的特徵 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 30.7 安全的 FFI 包裝函式 . . . minutes 模組 40 minutes 測試 45 minutes • 第 4 天下午 (2 小時 10 分鐘，含休息) Segment Duration 錯誤處理 55 minutes 不安全的 Rust 1 hour and 5 minutes 深入探索 In addition to the 4-day class on Rust Fundamentals, we cover some

29.6.1 解決方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 30 不安全的 Rust 172 30.1 不安全的 Rust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 30.2 對裸指標解參考 . 174 30.5 呼叫不安全的函式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 30.6 實作不安全的特徵 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 30.7 安全的 FFI 包裝函式 . . . minutes 模組 40 minutes 測試 45 minutes • 第 4 天下午 (2 小時 10 分鐘，含休息) Segment Duration 錯誤處理 55 minutes 不安全的 Rust 1 hour and 5 minutes 深入探索 In addition to the 4-day class on Rust Fundamentals, we cover some

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

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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