向内存安全语言迁移的五大挑战

近日，白宫国家网络主任办公室（ONCD）在题为《回归基础构件：通往安全软件之路》的报告中呼吁开发者放弃C、C++语言，转而使用“内存安全的编程语言”，例如Rust语言。

传统编程语言C/C++虽然强大，但一直饱受内存安全漏洞的困扰。这些漏洞不仅复杂难懂，而且极易造成系统崩溃等严重后果。为了解决这一难题，近年来内存安全语言逐渐兴起，并有望成为未来编程语言的主流。

近日，helpnetsecurity采访了开源安全基金会(OpenSSF)的总经理Omkhar Arasaratnam，探讨了业界转向内存安全语言的挑战与策略，内容整理如下：

内存安全漏洞已经存在了半个多世纪。它本质上是将程序员从繁琐的内存管理工作中解脱出来。C/C++要求程序员手动分配和释放内存，这不仅复杂易错，还需要时刻追踪内存的使用情况，以免出现内存泄露等问题。而Java、Rust、Python和JavaScript等现代语言则通过自动内存管理的方式，让程序员将精力集中在核心逻辑的编写上，避免陷入低级内存管理的泥潭。

在操作系统内核、系统编程等高危场景下，内存安全语言的优势尤为突出。操作系统内核拥有整个系统的最高权限，任何内存安全漏洞都可能导致系统崩溃甚至信息泄露。

尽管熟练的程序员可以使用C/C++等非内存安全语言避免内存漏洞，但现实情况并不乐观。微软曾经统计过自家产品的漏洞，其中70%都与内存安全问题相关。谷歌针对安卓系统进行的类似研究也得到了相似的结论：90%的安卓系统漏洞都与内存安全有关。

Go、Python、Rust和Java等语言都是优秀的内存安全语言范例。其中，Rust有望成为Linux内核的第二个官方支持语言。这将允许开发者用完全内存安全的语言重写Linux内核的部分关键代码。

向内存安全语言迁移并非易事，开发者和企业需要面对五大挑战：

• 开发者培训和认证滞后：现有开发人员需要学习新语言，或者招聘熟悉内存安全语言的人才。同时，调试和构建系统也需要进行相应调整以支持新语言，相关的培训和认证服务相对滞后。

• 硬件支持有限：C/C++等老牌语言可在几乎所有平台上运行，而Rust等新兴语言的硬件支持则相对有限。

• 监管要求：一些安全关键型系统有着严格的技术和安全需求，在新语言缺乏相关认证的情况下，可能无法轻易迁移。

• 潜在Bug：将老代码移植到新语言可能会引入新的Bug。即使是经验丰富的程序员，也可能因为重写过程中的细微差别导致程序运行结果与预期不符，从而产生线上故障。

• 部署阻力：关键基础设施系统内存安全代码的重新部署面临挑战。

用Rust重写所有现有代码显然并不现实。OpenSSF建议开发者在开启新项目时优先考虑使用内存安全语言，同时将Rust应用于关键代码路径，例如身份验证、授权、加密以及处理网络或用户输入的部分。

虽然内存安全语言并非灵丹妙药，但却是提升代码安全性的重要一步。通过使用内存安全语言，程序员可以将更多精力放在核心逻辑的开发上，避免在低级内存管理上浪费时间和精力。

对于难以迁移的遗留代码，OpenSSF提供了《C/C++加固指南》，帮助开发者在不大幅改动既有代码库的情况下提升安全性。

需要注意的是，关键基础设施的工业控制系统通常难以通过企业网络进行更新，因此重新部署安全代码可能比重写本身更加耗时。

OpenSSF鼓励社区在开始新项目时考虑使用Rust进行编写，并根据安全优先级将Rust用于关键代码路径（经常被滥用或攻击的部分，或者“皇冠上的宝石”的关键区域），例如从身份验证、授权、加密以及从网络或用户获取输入内容的代码。

在某些关键领域，虽然新兴语言的安全性优势非常诱人，但贸然迁移反而会带来风险。预计内存安全语言并不会在所有行业成为标准，一些对稳定性要求极高的领域出于谨慎考虑，可能会推迟采用内存安全语言。

不过，从长远来看，使用内存安全语言来开发新项目具有普遍意义。例如，Alpha-Omega公司资助了用Rust开发的Rustls项目，旨在实现更安全的TLS和QUIC协议。通过使用内存安全语言，业界可以避免类似于OpenSSL Heartbleed漏洞那样的安全事件。

教育和培训是网络安全最强大的基础防线之一。如今许多小学已经开始将Python作为编程语言入门课程。OpenSSF希望未来能够尽早将Rust等其他内存安全语言引入基础教育。

此外，Rust基金会也提供了丰富的学习资源，例如备受好评的书籍《Rust编程语言》以及正在开发的培训和认证项目。通过积极的学习和社区协作，内存安全语言有望在未来发挥更大的作用。