近日，在一份 19 頁的報告《回歸基礎構件：通往安全軟件之路》中，白宮國家網(wǎng)絡主任辦公室（ONCD）呼吁開發(fā)者使用「內存安全的編程語言」，比如 Rust 語言。報告指出，從一開始就選擇內存安全的編程語言，是以安全設計方式開發(fā)軟件的重要途徑。

此外，ONCD 表示，報告中的建議是與包括科技公司、學術界和其他機構合作制定的，并收集了包括惠普、埃森哲和 Palantir 在內等多家科技公司支持報告的意見。

報告地址：https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2024/02/Final-ONCD-Technical-Report.pdf

其實，這并不是美國官方機構第一次呼吁放棄使用 C 和 C++ 了。

去年 12 月，美國網(wǎng)絡安全和基礎設施局（CISA）聯(lián)合其他機構頒發(fā)了一份《內存安全路線圖指南》， 其中就指出了 C 和 C++ 是內存不安全的編程語言，并呼吁軟件開發(fā)商采用 Rust、Java 等其他內存安全的編程語言。

來源：https://www.cisa.gov/sites/default/files/2023-12/The-Case-for-Memory-Safe-Roadmaps-508c.pdf

放棄 C、C++，轉向 Rust，只為內存安全

既然強調了要使用內存安全的編程語言，那首先來了解一下什么是內存安全。所謂內存安全是指防止處理內存訪問時出現(xiàn) bug 和漏洞，比如緩沖區(qū)溢出和懸空指針。

內存不安全的危害有多大呢？2019 年，微軟安全工程師報告的數(shù)據(jù)是：大約 70% 的安全問題是由內存安全問題引起的。2020 年，谷歌針對在 Chromium 瀏覽器發(fā)現(xiàn)的 bug 也報告了類似的數(shù)據(jù)。

對于編程語言而言，C 和 C++ 都允許使用直接內存地址來進行任意指針運算，并且沒有邊界檢查。報告中指出，專家發(fā)現(xiàn)了一些編程語言既缺乏與內存安全相關的特征，又在一些關鍵系統(tǒng)中具有高度擴散性，以 C 和 C++ 為代表。因此，C 和 C++ 被認為是「不安全的」編程語言。

與 C 和 C++ 相對應，Rust 被認為是內存安全編程語言的典型示例。Rust 是一門系統(tǒng)編程語言，專注于安全，尤其是并發(fā)安全。它支持函數(shù)式和命令式以及泛型等編程范式的多范式語言，且 TensorFlow 等深度學習框架也把它作為一個優(yōu)秀的前端語言。

在程序員問答網(wǎng)站 Stack Overflow 2021 年度開發(fā)者調查報告中，Rust 語言成為最受開發(fā)者喜愛的編程語言。Rust 在系統(tǒng)編程領域很受歡迎，原因之一就是它可以幫助消除與內存相關的安全漏洞。

Rust 內存安全的特性早已得到業(yè)內驗證。2021 年 4 月，谷歌就宣布 Android 加入對 Rust 語言支持。原因是 C 和 C++ 中的內存安全 bug 是最難解決的錯誤源，谷歌已經(jīng)投入了大量的精力和資源來檢測、修復和緩解這類 bug，并有效地防止了大量 bug 進入 Android 版本。

然而，盡管做出了這些努力，內存安全 bug 仍然是穩(wěn)定性問題的主要原因，它在 Android 嚴重安全漏洞中長期占據(jù)大約 70% 的比例。因此，谷歌為操作系統(tǒng)開發(fā)者增加了第 3 個選擇 Rust。

華盛頓大學計算機科學教授 Dan Grossman 表示，幾十年來，大家都了解 C 和 C++ 的危險，現(xiàn)在終于迎來了推動內存安全編程語言的好時機，畢竟已經(jīng)有了實用且成熟的替代方案。

他也認為，擺脫 C 和 C++ 并不是一朝一夕就能完成的，尤其是在嵌入系統(tǒng)中。不過，隨著 Rust 等其他編程語言在系統(tǒng)軟件中的更廣泛應用， 這一進程預計會加快。

對于官方對 C 和 C++ 的態(tài)度，更多的人似乎并不買賬。

有人認為現(xiàn)代 C++ 是內存安全的，所有操作系統(tǒng)都使用 C 或者 C++ 進行編程。也有人認為，即使 C++ 不能算是內存安全，但現(xiàn)代 C++ 擁有更多的「護欄」，并且成本低甚至不用花錢。

對于被「欽點」內存安全的 Rust，有人覺得它的支持程度沒有那么高，也不值得集成到政府系統(tǒng)中。

除了 Rust，內存安全編程語言還有哪些

2022 年 11 月，美國國家安全局 (NSA) 發(fā)布了一份網(wǎng)絡安全信息表，詳細介紹了它認為內存安全的編程語言

• Rust
• Go
• C#
• Java
• Swift
• JavaScript
• Ruby
• Python
• Delphi/Object Pascal
• Ada

以上這些編程語言的流行度如何呢？2024 年 2 月的編程語言流行度指標 TIOBE 顯示，在編程方面，Python 排名第一，C# 排名第五，Java 排名第四，JavaScript 排名第六，Go 排名第八，Delphi/Object Pascal 排名第 12，Swift 排名第 16，Rust 排名第 18，Ruby 勉強排名第 20。

可以看到，大多數(shù) NSA 選擇的語言都在前 20 名中，只有 Ada 不在，但前十名只有 5 種。

來源：https://www.tiobe.com/tiobe-index/

該報告還呼吁更好地衡量軟件安全性。ONCD 認為：更好的衡量標準使技術提供商能夠在漏洞成為問題之前更好地規(guī)劃、預測和緩解漏洞。

這份報告還回顧了阿波羅 13 號任務，NASA 將這次任務歸類為「成功的失敗」。該任務本身遭遇了災難性的失敗，三名宇航員臨時進行維修并緩解了一些問題，以便安全返回家園。該報告指出：內存安全代碼對于太空計劃來說是非常重要的。人類探索太空應該使用一種內存安全語言，一種盡可能接近內核的語言，以免將來發(fā)生事故。

隨著世界上越來越多的地方變得數(shù)字化，更好的編碼變得越來越重要，不良代碼可能會被惡意使用。

Rust 語言

Rust 語言是由 Mozilla 主導開發(fā)的通用、編譯型編程語言。設計準則為「安全、并發(fā)、實用」，支持函數(shù)式、并發(fā)式、過程式以及面向對象的編程風格。

Rust 語言最突出的優(yōu)勢就是可以提供內存安全保證，而且沒有額外的性能損失。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)級編程語言（ C/C＋＋） 的開發(fā)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因各種內存錯誤引起的崩潰或 bug ，比如空指針、野指針、內存泄漏、內存越界、段錯誤、數(shù)據(jù)競爭、迭代器失效等等。

內存問題是影響程序穩(wěn)定性和安全性的重大隱患，并且是影響開發(fā)效率的重大因素。谷歌和微軟兩大科技巨頭曾表示：旗下重要產(chǎn)品程序安全問題 70% 由內存問題引發(fā)，并且這兩個巨頭都考慮利用 Rust 語言來解決內存安全問題。

此外，Rust 還具有優(yōu)秀的跨平臺性，支持交叉編譯，對嵌入式環(huán)境同樣友好。

然而，Rust 語言也有一些棘手的缺點。

首先，由于 Rust 存在一些特殊的語法，因此初學者入門稍顯困難，例如「生命周期（lifetime）」。相比之下，Python、Java 等語言更加簡單、易學。但如果你已經(jīng)掌握了 C++ 語言，學習 Rust 語言就容易得多，因為借鑒了大量 C++ 的語法。

其次，Rust 語言的編譯器檢查非常嚴格，開發(fā)過程的大多數(shù)時間都是在解決編譯問題。不過，一旦編譯通過，開發(fā)人員就不需要關心內存安全，內存泄漏等頭疼問題，只需關注業(yè)務邏輯。