CRustS - 将不安全的C代码转译为更安全的Rust

Michael Ling, Yijun Yu, Haitao Wu, Yuan Wang, James R. Cordy, Ahmed E. Hassan
Trustworthiness Software Engineering & Open Source Lab
Huawei Technologies, Inc.

作为C的安全替代品，Rust是一种用于编写系统软件的语言，它具有类型安全的编译器，可以检查其内存和并发安全性。为了便于现有项目从C到Rust的平稳过渡，并为C中现有功能的初始Rust重实现奠定坚实基础，拥有一个能够使用程序转换技术将程序从C转换为Rust的源到源转换器将非常有帮助。然而，现有的C到Rust转换工具集的缺点是，它们在很大程度上保留了C的不安全语义，同时用Rust语法重写它们。因此，结果Rust程序的安全性仍然主要依赖于程序员，而不是Rust编译器。为了获得更多安全性保证，在本演示中，我们提出了CRustS，这是一种系统性的源到源转换方法，通过放宽语义保持约束来增加代码通过Rust编译器安全检查的比例。我们的方法使用220个TXL源到源转换规则，其中198个严格保持语义，22个近似语义，从而减少不安全表达式的范围，并提供了更多安全重构的机会。我们的方法已在开源和商业项目中进行了评估。我们的解决方案在转换后显著提高了安全代码比例，函数级别的安全代码比例与惯用Rust项目的平均水平相当。

与Laertes[OOPSLA’21]相比，就其自身基准测试而言，CRustS获得的安全比更高。

安装

# install c2rust
if [ $(uname -s) == "Darwin" ]; then
   git clone https://github.com/immunant/c2rust 
   cd c2rust
   scripts/provision_mac.sh
   cargo build --release
   cp target/release/c2rust $HOME/.cargo/bin
   cp target/release/c2rust-transpile $HOME/.cargo/bin
   cp target/release/c2rust-analyze $HOME/.cargo/bin
   cp target/release/c2rust-instrument $HOME/.cargo/bin
   cd -
   brew install bear
   export PATH=$HOME/.local/bin:$HOME/.cargo/bin:$PATH

   cargo install crusts

elif [ $(uname -s) == "Linux" ]; then
   apt install llvm cmake clang libclang-dev bear -y
   LLVM_LIB_DIR=/usr/lib/llvm-14/lib/ cargo install c2rust
   curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
   rustup override set nightly-2021-11-22-x86_64-unknown-linux-gnu
   rustup component add rustfmt --toolchain nightly-2021-11-22-x86_64-unknown-linux-gnu
   export PATH=$HOME/.local/bin:$HOME/.cargo/bin:$PATH

   cargo install crusts

else

   docker pull yijun/crusts

fi

使用方法

在存在Makefile的文件夹中运行crusts，使用

crusts [-v | -c2rust]

或

docker run -v $(pwd):/mnt -t yijun/crusts [-v | -c2rust]

因此，将从C代码生成Rust代码

src/*.rs -- contains transpiled and refactored Rust code from the C code;
Cargo.toml build.rs lib.rs -- contains the `cargo build` configurations;

选项

• -v -- 版本信息

• -c2rust -- 只运行c2rust

• -h -- 显示帮助

• -txl -- 实现自定义txl规则

参考文献

• Michael Ling，Yijun Yu，Haitao Wu，Yuan Wang，James Cordy，Ahmed Hassan. "In Rust We Trust: A transpiler from Unsafe C to Safer Rust", In: Proceedings of ICSE, 2022.
• 梅赫梅特·埃梅雷，瑞安·施罗德，凯尔·德威，本·哈德科普夫。2021年。将C语言翻译为更安全的Rust。ACM程序语言学报第5卷，OOPSLA，文章121（2021年10月），29页。（代码）
• TXL
• C2Rust

更新

• 与Laertes比较
• 为Windows用户集成Docker
• 添加一个开关 -c2rust 以关闭重构
• 添加一个开关 -v 以显示版本信息
• 添加一个开关 -h 以显示帮助
• 添加一个开关 -txl 以实现自定义的txl规则
• 错误修复：解引用指针，参见 test_unsafe
• 错误修复：printf模式，参见 test_stdio