CRustS - 将不安全的C代码转换为更安全的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的安全替代方案，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来检查其内存和并发安全性。为了方便在现有项目中从C到Rust的平稳过渡，并为C中现有功能的初始Rust重新实现奠定坚实的基础，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，同时在Rust语法中重写它们。因此，生成的Rust程序的安全性仍然主要依赖于程序员，而不是Rust编译器。为了获得更多的安全保证，在这个演示中，我们提出了CRustS，这是一种系统化的源到源转换方法，通过放宽转换的语义保持约束，从而提高通过Rust编译器安全检查的代码比率。我们的方法使用了220条TXL源到源转换规则，其中198条严格保留语义，22条近似语义，从而减少了不安全表达式的范围，并为安全重构提供了更多机会。我们的方法已经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示了显著更高的安全代码比率，函数级安全代码比率与典型的Rust项目的平均水平相当。

与Laertes[OOPSLA’21]相比，就其自身的基准测试而言，CRustS获得的安全比率要高得多。

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

用法

在包含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 -- 仅运行c2rust

• -h -- 显示帮助

• -txl -- 实现自定义txl规则

参考文献

• 李明，余一君，吴海涛，王媛，詹姆斯·科尔迪，艾哈迈德·哈桑。"在Rust中我们信任：从不安全C到更安全Rust的转换器"，载于ICSE会议论文集，2022年。
• 梅赫梅特·艾姆雷，瑞安·施罗德，凯尔·德威，本·哈德科普夫。2021年。将C转换为更安全的Rust。ACM程序语言会议论文集，OOPSLA卷，第121篇文章（2021年10月），29页。（代码）
• TXL
• C2Rust

更新

• 与Laertes进行比较
• 集成Docker以支持Windows用户
• 添加开关 -c2rust 以关闭重构
• 添加开关 -v 以显示版本号
• 添加开关 -h 以显示帮助信息
• 添加开关 -txl 以实现自定义txl规则
• 修复错误：解引用指针，请参阅 test_unsafe
• 修复错误：printf模式，请参阅 test_stdio