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Rust的五個自動驗證工具,你知道幾個?

來源: 責編: 時間:2024-03-27 17:36:15 180觀看
導讀自動驗證是一種有助于檢查程序是否滿足某些屬性的技術,例如內存安全性和避免在運行時錯誤。此外,自動驗證工具使你能夠驗證并發代碼的正確性,這很難手工測試。自動驗證對Rust特別重要,因為它可以幫助確保正確使用unsafe的

自動驗證是一種有助于檢查程序是否滿足某些屬性的技術,例如內存安全性和避免在運行時錯誤。此外,自動驗證工具使你能夠驗證并發代碼的正確性,這很難手工測試。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

自動驗證對Rust特別重要,因為它可以幫助確保正確使用unsafe的代碼。在這篇文章中,我們將討論五個最常用的Rust驗證工具,以及它們如何幫助你構建更可靠的軟件。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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1,cargo-fuzz

我們將討論的第一個工具是cargo-fuzz,它使用一種稱為模糊測試的技術來進行自動化軟件測試。通過向程序提供許多有效的、幾乎有效的或無效的輸入,模糊測試可以幫助開發人員找到不希望看到的行為或漏洞。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

當我們編寫測試時,我們通常只考慮一些正常輸入,并根據我們對系統反應的想象來編寫測試。這種方法可能會導致遺漏錯誤,特別是那些由意外的或不正確的輸入引起的錯誤。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

模糊測試可以通過為程序提供各種各樣的輸入(包括無效的和意外的輸入)來幫助你找到這些遺漏的錯誤。如果程序在響應這些輸入時崩潰或行為異常,則表示存在錯誤。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

cargo-fuzz crate可以對Rust代碼進行模糊測試,它的工作原理是生成隨機輸入,并將它們輸入到要測試的函數中。如果函數出現故障或崩潰,cargo-fuzz將保存導致故障的輸入。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

通過以下命令安裝cargo-fuzz:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

cargo install cargo-fuzz

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下面是一個如何使用cargo-fuzz對Rust函數進行模糊測試的例子:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

#![no_main]#[macro_use]extern crate libfuzzer_sys;fuzz_target!(|data: &[u8]| {    let json_string = std::str::from_utf8(data).unwrap();    let _ = serde_json::from_str::<serde_json::Value>(&json_string).unwrap();});

上面的代碼通過向JSON解析器提供隨機輸入來測試它。fuzz_target將持續被調用,直到遇到觸發panic并導致崩潰的輸入。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

注意:通過模糊測試發現的一些錯誤可能在現實生活中不實用或不適用,這意味著模糊測試可能會產生誤報。此外,模糊測試可能是資源密集型的,特別是在對大型或復雜的代碼庫進行模糊測試時。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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2,Kani

Kani是一個現代的自動代碼驗證工具,可以幫助你在幾秒鐘內驗證Rust代碼的正確性。它使用一種稱為模型檢查的技術,一種探索程序所有狀態的方法,包括通過正常執行無法到達的狀態。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

模型檢查允許Kani檢測代碼中的問題,這些問題可能是由意外的邏輯引起的。還可以使用Kani來識別單元測試、集成測試甚至手工測試很難或不可能發現的問題。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

通過以下命令安裝Kani:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

cargo install --locked kani-verifiercargo kani setup

讓我們看一下下面的代碼:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

fn product(a: i32, b: i32) -> i32 {    a * b}

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上面的代碼是有效的Rust代碼,對嗎?花點時間再看一遍——你能發現這段代碼有什么可能出錯的地方嗎?WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

讓我們用Kani來找出答案:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

fn product(a: i32, b: i32) -> i32 {    a * b}#[kani::proof]fn main() {    let a = kani::any();    let b = kani::any();    let result = product(a, b);    println!("The product of {} and {} is {}", a, b, result);}

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運行結果:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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Kani在乘法過程中發現了溢出的可能性。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

這是因為product函數不能確保我們不超過i32的最大值,即2,147,483,647,任何大于該數的值都會拋出錯誤。本質上,無論這個函數用于什么,它都不能處理大于20億的數字。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

在這種情況下,使用Kani來識別這個潛在的問題允許您要么立即更改數據類型,要么保持原樣,如果錯誤是預期的行為,則適當地處理錯誤。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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3,Proptest

Proptest使用大量有效和無效的輸入來測試函數的屬性,以發現bug。這與單元測試等經典測試方法不同,在單元測試中,指定一些輸入并根據期望的行為添加斷言。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

屬性測試是模糊測試的一種形式,它更容易控制,更側重于驗證特定的屬性。這使得它成為測試復雜系統的一個很好的選擇,在這些系統中,傳統的模糊測試可能太慢或無效。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

讓我們來看看如何使用Proptest crate:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

use proptest::prelude::{any, proptest};fn add_two_numbers(first_number: i32, second_number: i32) -> i32 {    first_number + second_number}proptest! {    #[test]    fn test_add_two_numbers(first_number in any::<i32>(), second_number in any::<i32>()) {        let expected = first_number + second_number;        let actual = add_two_numbers(first_number, second_number);        assert_eq!(actual, expected);    }}

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在上面的代碼中,我們正在測試一個簡單的函數,它將兩個數字相加。這樣一個簡單的函數可能會出什么問題呢?WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

讓我們看一下test_add_two_numbers函數簽名:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

fn test_add_two_numbers(first_number in any::<i32>(), second_number in any::<i32>())

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any::<i32>()是一個Protest中的類型,它生成隨機的i32值,包括有效的和無效的。這允許我們使用廣泛的輸入來測試add_two_numbers()函數,包括邊緣情況和異常情況。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

Proptest測試函數將為first_number和second_number參數生成大量隨機輸入。如果任何測試失敗,Proptest將把失敗的輸入打印到控制臺。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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報告顯示有溢出的可能,它還顯示了最小的可重復輸入。有了這些信息,我們就可以繼續修復bug了。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

雖然屬性測試可以很好地用于選定的輸入范圍,但它有時會遺漏一些邊緣情況,并給你一個假結果。換句話說,它可能會在實際上沒有錯誤的情況下產生錯誤,或者在指定的覆蓋范圍之外找不到錯誤。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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4,Rust KLEE

KLEE是一個符號執行引擎,它智能地探索程序中的所有代碼路徑,以發現漏洞或錯誤。它建立在LLVM編譯器基礎設施之上,該基礎設施是用C和C++編寫的。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

因此,大多數KLEE實現也是用C和C++語言實現的。然而,KLEE的基本概念可以在任何編程語言中實現。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

Rust Klee是Klee的開源Rust實現,被設計用來檢查特定的屬性。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 安全檢查
  • 不變量
  • 參數化的檢查
  • 檢查Rust程序的功能正確性

Rust Klee還沒有準備好用于生產,但它仍然值得一提,它是一個很酷的工具,可以幫助在Rust生態系統中形成正式的驗證環境。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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5,Haybale

Haybale也是一個符號執行引擎,具有與Rust Klee相似的功能,Haybale完全是用Rust編寫的,并且在底層基于Rust LLVM IR。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

作為一個符號執行引擎,它專注于將整個程序變量轉換為數學表達式,并對執行路徑進行推理,以檢測錯誤或漏洞。Haybale最好的部分是它可以測試你的Rust代碼,而不需要添加額外的測試代碼。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

讓我們看一個檢查函數foo是否返回0的例子。首先,我們寫出要分析的函數,你可以用任何編程語言寫這個,然后把它轉換成字節碼:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

fn foo(x: f64) -> f64 {  x * x - 4.0}

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字節碼將保存在項目的某個地方,你可以在Rust代碼的項目變量中引用它:WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

let project = Project::from_bc_path("/path/to/file.bc").unwrap();

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現在,我們可以使用haybale中的find_zero_of_func方法來發現當函數接收到零輸入時存在的錯誤。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

use haybale::{find_zero_of_func, Project};fn main() {  let project = Project::from_bc_path("/path/to/file.bc").unwrap();  match find_zero_of_func("foo", &project, haybale::Config::default(), None) {    Ok(None) => println!("foo() can never return 0"),    Ok(Some(inputs)) => println!("Inputs for which foo() returns 0: {:?}", inputs),    Err(e) => panic!("{}", e),  }}

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Haybale可以對整個代碼進行推理,發現bug,并返回一份報告,證明代碼是否存在bug。雖然Haybale可能不會捕獲所有錯誤,但它很可能會捕獲導致運行時崩潰的嚴重錯誤,并給你一個修復它們的機會。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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總結

自動驗證工具對于發現軟件開發中的bug非常重要,盡管它們可能尚未被開發人員廣泛采用。這些工具可以發現使用傳統測試方法無法發現的錯誤,并且可以提高代碼的可靠性。WEo28資訊網——每日最新資訊28at.com

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