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 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） ▪ 但一般意义上的指针分析是NP-hard问题 ▪ 智能指针可行，但作为运行时方案，效率低 ▪ Rust在语法设计中引入所有权机制，简化指针分析问题 Rust所有权模型 => XOR Mutability ❑ 一个对象有且只有一个所有者 ❑ 所有权可以转移给其它变量 ▪ 用完不用还 Memory Reclaim问题：示例1 创建一个临时字符串s 通过unsafe将v指向临时内存 返回v 自动析构s，造成悬空指针v 访问v造成use-after-free 从Rust MIR分析Auto Memory Reclaim问题 _1 = const > ::from(const "a

Conf 2021 – 2022, Online, China 姜剑峰 Rust API可靠性分析与验证 Rust China Conf 2021 – 2022, Online, China 主题内容 • Rust第三方库API可靠性现状 • 现用方法的局限性 • 基于程序合成+模糊测试的可靠性分析方法 Rust China Conf 2021 – 2022, Online, China 本（2019）硕（2022）毕业于复旦大学 • 目前在蚂蚁集团安全计算部门开发应用于机密计算的Rust系统软件 • 研究生期间主要从事Rust测试与验证工具的研究，本人所在的是国内最早 开展Rust程序分析相关研究的实验室（https://artisan-lab.github.io） • 我们关于Rust库模糊测试的论文 RULF: Rust Library Fuzzing via API Dependency io/rust-verification-tools/2021/08/22/rust-on-linux-1.html Rust China Conf 2021 – 2022, Online, China Rust静态检查与动态检查 静态检查： • 基于所有权和生命周期的内存管理模型：内存安全 • 通过trait来确保代码符合某些规范：Send, Sync, Unpin等 动态检查： • 数组越界 • 整数溢出

x: |____| x = &a 访问 x: | 失败：访问 x 分析：借用者 x 的生命周期是资源所有者 a 的生命周期的子集。但 是 x 的生命周期在第一个 }时结束并销毁，在接下来的 println! 中再 次访问便会发生严重的错误。 3.3.1 隐式 lifetime 简体中文版已经描述的非常到位了。 当在函数中使用生命周期注解时，这些注解出现在函数签名中，而不存在于函 数体中的任何代码中。这是因为 Rust 能够分析函数中代码而不需要任何协助， 不过当函数引用或被函数之外的代码引用时，让 Rust 自身分析出参数或返回 值的生命周期几乎是不可能的。这些生命周期在每次函数被调用时都可能不同。 这也就是为什么我们需要手动标记生命周期。 当具体的引用被传递给 Item 的容器） 4. 函数 5. type 定义 6. 结构体定义 7. 枚举类型定义 8. 常量定义 9. 静态变量定义 10. Trait 定义 11. 实现（Impl） 这些 Item 是可以互相嵌套的，比如在一个函数中定义一个静态变量、在一个模 块中使用 use 声明或定义一个结构体。 5.1 属性 5.1.1 属性的语法 Rust 包括两种 attribute

团队希望使系统概念能为更多人所易于理解，特别是编程新手。 公司 数百家大小规模的公司在生产环境中使用 Rust 完成各种任务，包括命令行工具、Web 服务、 DevOps 工具、嵌入式设备、音视频分析与转码、加密货币、生物信息学、搜索引擎、物联网 （IOT）程序、机器学习，甚至是 Firefox 浏览器的重要部分。 开源开发者 Rust 适合那些希望构建 Rust 编程语言、社区、开发工具和库的开发者。我们非常欢迎你为 程序，那么在终端上就会打印出 Hello, world!。 如果你更熟悉动态语言，如 Ruby、Python 或 JavaScript，则可能不习惯将编译和运行分为两 个单独的步骤。Rust 是一种 预编译静态类型（ahead-of-time compiled）语言，这意味着你可 以编译程序，并将可执行文件送给其他人，他们甚至不需要安装 Rust 就可以运行。如果你给 他人一个 .rb、.py 或 .js 道它像变量一样，默认是不可变的。因 此，需要写成 &mut guess 来使其可变，而不是 &guess。（第四章会更全面地讲解引用。） 使用 Result 类型来处理潜在的错误 我们还没有完全分析完这行代码。虽然我们已经讲到了第三行代码，但要注意：它仍是逻辑行 （虽然换行了但仍是语句）的一部分。后一部分是这个方法（method）： .expect("Failed to read

团队希望使系统概念能为更多人所易于理解，特别是编程新手。 公司 数百家大小规模的公司在生产环境中使用 Rust 完成各种任务，包括命令行工具、Web 服务、 DevOps 工具、嵌入式设备、音视频分析与转码、加密货币、生物信息学、搜索引擎、物联网 （IOT）程序、机器学习，甚至是 Firefox 浏览器的重要部分。 7/600 Rust 程序设计语言 简体中文版 开源开发者 Rust 适合那些希望构建 。如果没有看到这些输出，回到 安装部分的 “故障排除” 小节查找有帮助的方法。 如果 Hello, world! 出现了，恭喜你！你已经正式编写了一个 Rust 程序。现在你成为一名 Rust 程序员，欢迎！ 分析这个 Rust 程序 现在，让我们回过头来仔细看看这个 “Hello, world!” 程序。这是第一块拼图： fn main() { } 这几行定义了一个名叫 main 的函数。main 程序，那么在终端上就会打印出 Hello, world! 。 如果你更熟悉动态语言，如 Ruby、Python 或 JavaScript，则可能不习惯将编译和运行分为两 个单独的步骤。Rust 是一种 预编译静态类型（ahead-of-time compiled）语言，这意味着你可 以编译程序，并将可执行文件送给其他人，他们甚至不需要安装 Rust 就可以运行。如果你给 他人一个 .rb、.py 或 .js

小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 第 2 章 复杂度分析 17 2.1 算法效率评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 若你是算法“大神”，我们期待收到你的宝贵建议，或者一起参与创作。 前置条件 你需要至少具备任一语言的编程基础，能够阅读和编写简单代码。 0.1.2 内容结构 本书的主要内容如图 0‑1 所示。 ‧ 复杂度分析：数据结构和算法的评价维度与方法。时间复杂度和空间复杂度的推算方法、常见类型、示 例等。 ‧ 数据结构：基本数据类型和数据结构的分类方法。数组、链表、栈、队列、哈希表、树、堆、图等数据 结构的 图 0‑8 算法学习路线 0.3 小结 ‧ 本书的主要受众是算法初学者。如果你已有一定基础，本书能帮助你系统回顾算法知识，书中源代码也 可作为“刷题工具库”使用。 ‧ 书中内容主要包括复杂度分析、数据结构和算法三部分，涵盖了该领域的大部分主题。 ‧ 对于算法新手，在初学阶段阅读一本入门书至关重要，可以少走许多弯路。 ‧ 书中的动画图解通常用于介绍重点和难点知识。阅读本书时，应给予这些内容更多关注。

小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 第 2 章 复杂度分析 17 2.1 算法效率评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 若你是算法“大神”，我们期待收到你的宝贵建议，或者一起参与创作。 前置条件 你需要至少具备任一语言的编程基础，能够阅读和编写简单代码。 0.1.2 内容结构 本书的主要内容如图 0‑1 所示。 ‧ 复杂度分析：数据结构和算法的评价维度与方法。时间复杂度和空间复杂度的推算方法、常见类型、示 例等。 ‧ 数据结构：基本数据类型和数据结构的分类方法。数组、链表、栈、队列、哈希表、树、堆、图等数据 结构的 图 0‑8 算法学习路线 0.3 小结 ‧ 本书的主要受众是算法初学者。如果你已有一定基础，本书能帮助你系统回顾算法知识，书中源代码也 可作为“刷题工具库”使用。 ‧ 书中内容主要包括复杂度分析、数据结构和算法三部分，涵盖了该领域的大部分主题。 ‧ 对于算法新手，在初学阶段阅读一本入门书至关重要，可以少走许多弯路。 ‧ 书中的动画图解通常用于介绍重点和难点知识。阅读本书时，应给予这些内容更多关注。

小结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 第 2 章 复杂度分析 17 2.1 算法效率评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 若你是算法“大神”，我们期待收到你的宝贵建议，或者一起参与创作。 � 前置条件 你需要至少具备任一语言的编程基础，能够阅读和编写简单代码。 0.1.2 内容结构 本书的主要内容如图 0‑1 所示。 ‧ 复杂度分析：数据结构和算法的评价维度与方法。时间复杂度和空间复杂度的推算方法、常见类型、示 例等。 ‧ 数据结构：基本数据类型和数据结构的分类方法。数组、链表、栈、队列、哈希表、树、堆、图等数据 结构的 图 0‑8 算法学习路线 0.3 小结 ‧ 本书的主要受众是算法初学者。如果你已有一定基础，本书能帮助你系统回顾算法知识，书中源代码也 可作为“刷题工具库”使用。 ‧ 书中内容主要包括复杂度分析、数据结构和算法三部分，涵盖了该领域的大部分主题。 ‧ 对于算法新手，在初学阶段阅读一本入门书至关重要，可以少走许多弯路。 ‧ 书中的动画图解通常用于介绍重点和难点知识。阅读本书时，应给予这些内容更多关注。

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