机器之心报道

编辑：杜伟、小舟

近年来，C、C++ 编程语言成了美国官方的「眼中钉」，而内存安全的 Rust 等语言摇身一变成了「新宠」。

近日，在一份 19 页的报告《回归基础构件：通往安全软件之路》中，白宫国家网络主任办公室（ONCD）呼吁开发者使用「内存安全的编程语言」，比如 Rust 语言。报告指出，从一开始就选择内存安全的编程语言，是以安全设计方式开发软件的重要途径。

此外，ONCD 表示，报告中的建议是与包括科技公司、学术界和其他机构合作制定的，并收集了包括惠普、埃森哲和 Palantir 在内等多家科技公司支持报告的意见。

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

其实，这并不是美国官方机构第一次呼吁放弃使用 C 和 C++ 了。

去年 12 月，美国网络安全和基础设施局（CISA）联合其他机构颁发了一份《内存安全路线图指南》， 其中就指出了 C 和 C++ 是内存不安全的编程语言，并呼吁软件开发商采用 Rust、Java 等其他内存安全的编程语言。

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

放弃 C、C++，转向 Rust，只为内存安全

既然强调了要使用内存安全的编程语言，那首先来了解一下什么是内存安全。所谓内存安全是指防止处理内存访问时出现 bug 和漏洞，比如缓冲区溢出和悬空指针。

内存不安全的危害有多大呢？2019 年，微软安全工程师报告的数据是：大约 70% 的安全问题是由内存安全问题引起的。2020 年，谷歌针对在 Chromium 浏览器发现的 bug 也报告了类似的数据。

对于编程语言而言，C 和 C++ 都允许使用直接内存地址来进行任意指针运算，并且没有边界检查。报告中指出，专家发现了一些编程语言既缺乏与内存安全相关的特征，又在一些关键系统中具有高度扩散性，以 C 和 C++ 为代表。因此，C 和 C++ 被认为是「不安全的」编程语言。

与 C 和 C++ 相对应，Rust 被认为是内存安全编程语言的典型示例。Rust 是一门系统编程语言，专注于安全，尤其是并发安全。它支持函数式和命令式以及泛型等编程范式的多范式语言，且 TensorFlow 等深度学习框架也把它作为一个优秀的前端语言。

在程序员问答网站 Stack Overflow 2021 年度开发者调查报告中，Rust 语言成为最受开发者喜爱的编程语言。Rust 在系统编程领域很受欢迎，原因之一就是它可以帮助消除与内存相关的安全漏洞。

Rust 内存安全的特性早已得到业内验证。2021 年 4 月，谷歌就宣布 Android 加入对 Rust 语言支持。原因是 C 和 C++ 中的内存安全 bug 是最难解决的错误源，谷歌已经投入了大量的精力和资源来检测、修复和缓解这类 bug，并有效地防止了大量 bug 进入 Android 版本。

然而，尽管做出了这些努力，内存安全 bug 仍然是稳定性问题的主要原因，它在 Android 严重安全漏洞中长期占据大约 70% 的比例。因此，谷歌为操作系统开发者增加了第 3 个选择 Rust。

华盛顿大学计算机科学教授 Dan Grossman 表示，几十年来，大家都了解 C 和 C++ 的危险，现在终于迎来了推动内存安全编程语言的好时机，毕竟已经有了实用且成熟的替代方案。

他也认为，摆脱 C 和 C++ 并不是一朝一夕就能完成的，尤其是在嵌入系统中。不过，随着 Rust 等其他编程语言在系统软件中的更广泛应用， 这一进程预计会加快。

对于官方对 C 和 C++ 的态度，更多的人似乎并不买账。

有人认为现代 C++ 是内存安全的，所有操作系统都使用 C 或者 C++ 进行编程。也有人认为，即使 C++ 不能算是内存安全，但现代 C++ 拥有更多的「护栏」，并且成本低甚至不用花钱。

对于被「钦点」内存安全的 Rust，有人觉得它的支持程度没有那么高，也不值得集成到政府系统中。

除了 Rust，内存安全编程语言还有哪些

2022 年 11 月，美国国家安全局 (NSA) 发布了一份网络安全信息表，详细介绍了它认为内存安全的编程语言

RustGoC#JavaSwiftJavaScriptRubyPythonDelphi/Object PascalAda

以上这些编程语言的流行度如何呢？2024 年 2 月的编程语言流行度指标 TIOBE 显示，在编程方面，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 勉强排名第 20。

可以看到，大多数 NSA 选择的语言都在前 20 名中，只有 Ada 不在，但前十名只有 5 种。

来源：https://www.tiobe.com/tiobe-index/

该报告还呼吁更好地衡量软件安全性。ONCD 认为：更好的衡量标准使技术提供商能够在漏洞成为问题之前更好地规划、预测和缓解漏洞。

这份报告还回顾了阿波罗 13 号任务，NASA 将这次任务归类为「成功的失败」。该任务本身遭遇了灾难性的失败，三名宇航员临时进行维修并缓解了一些问题，以便安全返回家园。该报告指出：内存安全代码对于太空计划来说是非常重要的。人类探索太空应该使用一种内存安全语言，一种尽可能接近内核的语言，以免将来发生事故。

随着世界上越来越多的地方变得数字化，更好的编码变得越来越重要，不良代码可能会被恶意使用。

Rust 语言

Rust 语言是由 Mozilla 主导开发的通用、编译型编程语言。设计准则为「安全、并发、实用」，支持函数式、并发式、过程式以及面向对象的编程风格。

Rust 语言最突出的优势就是可以提供内存安全保证，而且没有额外的性能损失。在传统的系统级编程语言（ C/C＋＋） 的开发过程中，经常出现因各种内存错误引起的崩溃或 bug ，比如空指针、野指针、内存泄漏、内存越界、段错误、数据竞争、迭代器失效等等。

内存问题是影响程序稳定性和安全性的重大隐患，并且是影响开发效率的重大因素。谷歌和微软两大科技巨头曾表示：旗下重要产品程序安全问题 70% 由内存问题引发，并且这两个巨头都考虑利用 Rust 语言来解决内存安全问题。

此外，Rust 还具有优秀的跨平台性，支持交叉编译，对嵌入式环境同样友好。

然而，Rust 语言也有一些棘手的缺点。

首先，由于 Rust 存在一些特殊的语法，因此初学者入门稍显困难，例如「生命周期（lifetime）」。相比之下，Python、Java 等语言更加简单、易学。但如果你已经掌握了 C++ 语言，学习 Rust 语言就容易得多，因为借鉴了大量 C++ 的语法。

其次，Rust 语言的编译器检查非常严格，开发过程的大多数时间都是在解决编译问题。不过，一旦编译通过，开发人员就不需要关心内存安全，内存泄漏等头疼问题，只需关注业务逻辑。

https://www.tomshardware.com/software/security-software/white-house-urges-developers-to-avoid-c-and-c-use-memory-safe-programming-languages

https://www.whitehouse.gov/oncd/briefing-room/2024/02/26/memory-safety-statements-of-support/