budshome (blog: 芽之家) shared the aphorism --
失败只有一个原因,把做产品看作实现自己梦想的方式。但产品本质是帮他人解决问题,别人需要什么你就要做什么,而不是我只做我喜欢的。你的产品做到了你心中的最好,被你视若珍宝,但对别人没有任何特殊之处。 -- 佚名

[Rust] Android 团队宣布 Android 开源项目(AOSP),已支持 Rust 语言来开发 Android 系统本身

💥 内容涉及著作权,均归属作者本人。若非作者注明,默认欢迎转载:请注明出处,及相关链接。

Summary: 对于 Android 来说,如果代码是用 C/C++ 编写的,并且在解析不可信的输入,那么它应该包含在一个严格受约束和特殊的沙箱中。但沙盒的开销昂贵:需要引入新进程,消耗额外的开销,并且由于 IPC 和额外的内存使用,而引入了延迟机制。沙箱技术,并不能消除代码中的漏洞,它的效率,会随着高 bug 密度而降低,从而允许攻击者将多个漏洞链接在一起。像 Rust 这样的内存安全语言,通过两种方式帮助 Android 克服这些限制:降低了代码中 bug 的密度,从而提高了当前沙盒的有效性;减少了 Android 的沙箱技术需求,允许引入更安全、资源更轻的新功能。

Topics: rust android sandboxing 沙箱技术

2021 年 4 月 6 日,Android 团队及 Android 安全团队宣布:Android 开源项目(AOSP),现在支持 Rust 编程语言来开发操作系统本身。本文由由 Android 团队成员 Jeff Vander Stoep 和 Stephen Hines 发布,官方原文链接和转载链接见文末(若 google 站点不能访问请阅读转载链接)。

Android 平台中,代码的正确性,是每个版本 Android 系统的安全性、稳定性,及其质量的重中之重。C/C++ 语言中的内存安全漏洞,仍然是最难解决的错误来源。我们投入了大量的精力和资源来检测、修复和缓解这类 bug,这些努力有效地防止了大量 bug 进入 Android 系统。然而,尽管做出了这些努力,内存安全漏洞仍然是稳定性问题的主要原因。并且,在 Android 系统高严重性的安全漏洞中,其始终占据大约 70% 的比例

除了正在进行的即将进行的改进内存错误检测的工作之外。首当其冲地,我们正在加大力度防止它们。内存安全类编程语言,是防止内存错误的最经济有效方法。除了像 Kotlin 和 Java 这样的内存安全语言之外,我们很高兴地宣布:Android 开源项目(AOSP),现在支持 Rust 编程语言来开发 Android 操作系统本身。

aosp

系统级编程

Java 和 Kotlin 等受监管/托管类语言,是 Android 应用开发的最佳选择。这些语言是为易于使用、可移植性,以及安全性而设计的。Android 运行时(ART),代表开发者管理内存。Android 操作系统广泛使用 Java,有效地保护了大部分 Android 平台不受内存缺陷的影响。不幸的是,对于操作系统的底层,Java 和 Kotlin 不是一个选项。

较低级别的操作系统,需要系统级编程语言,如 C、C++,以及 Rust。这些语言的设计目标是控制性和可预测性。它们提供对底层系统资源和硬件资源的访问。它们占用资源较少,并且具有更可预测的性能特征。

对于 C/C++,开发人员需要负责管理内存生命周期。不幸的是,这样做很容易出错,特别是在复杂的多线程代码中。

沙箱技术(sandboxing)的极限

C/C++ 语言,不提供相同的安全保证,需要强大的手动隔离。所有 Android 进程,都是基于沙箱技术(sandboxing)的,我们遵循 规则 2(译注:是指 Android 开发中关于 App 沙箱的规则限制,下同),以决定功能是否需要额外的隔离和剥离。规则 2 很简单:给定三个选项,开发人员只能选择三个选项中的两个。

对于 Android 来说,这意味着:如果代码是用 C/C++ 编写的,并且在解析不可信的输入,那么它应该包含在一个严格受约束和特殊的沙箱中。虽然遵守规则 2,在降低安全漏洞的严重性和可访问性方面是有效的,但它确实有局限性。沙盒的开销昂贵:需要引入新进程,消耗额外的开销,并且由于 IPC 和额外的内存使用,而引入了延迟机制。沙箱技术,并不能消除代码中的漏洞,它的效率,会随着高 bug 密度而降低,从而允许攻击者将多个漏洞链接在一起。

像 Rust 这样的内存安全语言,通过两种方式帮助我们克服这些限制:

  • 降低了代码中 bug 的密度,从而提高了当前沙盒的有效性。
  • 减少了我们的沙箱技术需求,允许引入更安全、资源更轻的新功能。

那么,现有的 C++ 呢?

当然,引入一种新的编程语言,并不能解决现有 C/C++ 代码中的问题。即使我们重新调整了 Android 团队中每个软件工程师的工作方向,重写数千万行代码,也是很难解决的。

上文中,对 Android 平台中内存安全漏洞的历史分析(从它们第一次引入时,就已经测量过),表明了为什么我们的内存安全语言工作,最关注的是新开发,而不是重写成熟的 C/C++ 代码。我们的大多数内存错误都发生在新的,或最近修改的代码中,大约 50% 的错误发生在不到一年的时间里。

比较稀疏的老旧内存错误,可能会让一些人感到惊讶,但我们发现旧代码并不是我们最迫切需要改进的地方。随着时间的推移,软件缺陷会被发现并修复,因此我们预计正在维护的,但未积极开发的代码中,其缺陷数量会随着时间的推移而减少。正如减少 bug 的数量和密度,可以提高沙盒的有效性一样,它也可以提高 bug 检测的有效性。

检测的局限性

通过健壮的测试、清理(sanitization),以及模糊测试(fuzzing ),进行 bug 检测,对于提高所有软件(包括用 Rust 编写的软件)的质量和正确性至关重要。最有效的内存安全检测技术,其一个关键限制是:为了检测到错误状态,必须在代码中实际触发错误状态。即使在具有出色的 test/fuzz 覆盖的代码库中,这也会导致许多错误未被发现。

另一个限制是,bug 检测比 bug 修复扩展得更快。在一些项目中,检测到的 bug 并不总是得到修复。错误修复是一个漫长而昂贵的过程。

这些步骤都很昂贵,缺少其中任何一个,都可能导致某些或所有用户无法对 bug 进行调度。对于复杂的 C/C++ 代码库,通常只有少数人能够开发和检查修复,即使花费大量的精力来修复错误,有时修复后也不完全正确(译注:按下葫芦浮起瓢)。

当错误相对较少时,bug 检测最有效,并且可以给予它们紧急性和优先级。我们从改进 bug 检测中,获益的能力要求我们优先考虑:防止引入新的 bug。

优先性任务

Rust 对一系列语言特性,进行了现代化的设计和开发,从而提高了代码的正确性:

  • 内存安全——通过编译器和运行时检查的组合,以强制执行内存安全。
  • 数据并行——防止数据争用。这使得开发者能够轻松地编写高效、线程安全的代码,这也催生了 “Rust 无畏并行(Fearless Concurrency)”的口号。
  • 更具表现力的类型系统——有助于防止逻辑编程错误(例如:newtype 包装、包含内容的枚举变量等)。
  • 默认情况下,引用和变量在是不可变的——帮助开发人员遵循最小特权的安全原则,仅当他们真正希望引用或变量可变时,才将其标记为可变。尽管 C++ 有一定的特点,但它往往不经常使用,也不一致。相比之下,Rust 编译器通过为从不突变的可变值提供警告,来帮助避免不必要的可变注释。
  • 在标准库中,有更好的错误处理方式——在结果中,包装可能失败的调用,这会导致编译器要求用户检查失败原因,甚至是没有返回所需值的函数。这可以防止诸如 Rage Against the Cage 漏洞之类的 bug,该漏洞即是由未处理的错误导致的。
  • 初始化赋值——要求在使用前,初始化所有变量。未初始化的内存漏洞一直是 Android 平台上 3-5% 比例的安全漏洞的根本原因。在 Android 11 中,我们开始在 C/C++ 中自动初始化内存,以减少这个问题。但是,初始化为零并不总是安全的,特别是对于返回值这样的情况,这可能成为错误处理的新来源。Rust 要求每个变量在使用前,都初始化为其类型的合法成员,避免了无意中初始化为不安全值的问题。类似于 C/C++ 的编译器 Clang,Rust 编译器知道初始化要求,并且避免了多次初始化的任何潜在性能开销。
  • 更安全的整数处理——默认情况下,对 Rust 调试和构建,启用溢位清理(overflow sanitization),鼓励程序员指定一个 wrapping_add(如果他们真的希望溢位计算),或 saturating_add(如果他们不希望溢位计算)。我们打算为 Android 平台中的所有构建,都启用溢位清理。此外,所有整数类型转换,都是显式强制转换:当分配给变量或尝试对其他类型执行算术运算时,开发人员不能在函数调用期间,意外地强制转换。

未来计划

为 Android 平台添加一种新的编程语言,是一项艰巨的任务。有需要维护的工具链,以及依赖项。也必须有更新的测试基础设施和工具,以及需要培训的开发人员。在过去的 18 个月里,我们一直在为 Android 开源项目添加 Rust 支持。我们有几个早期采用者项目,我们将在未来几个月内分享。将其扩展到更多的操作系统,是一个多年的项目。请继续关注,我们将在这个博客上发布更多更新。

谢谢您的阅读!

参考资料:


Rust 生态与实践

Related Articles

  1. [Rust] Rust 官方周报 395 期(2021-06-16)
  2. [Rust] Rust 1.53.0 明日发布,关键新特性一瞥
  3. [Rust] 使用 tide、handlebars、rhai、graphql 开发 Rust web 前端(3)- rhai 脚本、静态/资源文件、环境变量等
  4. [Rust] 使用 tide、handlebars、rhai、graphql 开发 Rust web 前端(2)- 获取并解析 GraphQL 数据
  5. [Rust] 使用 tide、handlebars、rhai、graphql 开发 Rust web 前端(1)- crate 选择及环境搭建
  6. [Rust] Rust 官方周报 394 期(2021-06-09)
  7. [Rust] Rust web 前端库/框架评测,以及和 js 前端库/框架的比较
  8. [WebAssembly] Rust 和 Wasm 的融合,使用 yew 构建 web 前端(4)- 获取 GraphQL 数据并解析
  9. [WebAssembly] Rust 和 Wasm 的融合,使用 yew 构建 web 前端(3)- 资源文件及小重构
  10. [WebAssembly] Rust 和 Wasm 的融合,使用 yew 构建 WebAssembly 标准的 web 前端(2)- 组件和路由
  11. [WebAssembly] Rust 和 Wasm 的融合,使用 yew 构建 WebAssembly 标准的 web 前端(1)- 起步及 crate 选择
  12. [Rust] Rust 官方周报 393 期(2021-06-02)
  13. [Rust] Rust 官方周报 392 期(2021-05-26)
  14. [Rust] Rust 中,对网址进行异步快照,并添加水印效果的实践
  15. [Rust] Rust 官方周报 391 期(2021-05-19)
  16. [Rust] Rust,风雨六载,砥砺奋进
  17. [Rust] 为什么我们应当将 Rust 用于嵌入式开发?
  18. [Rust] Rust 官方周报 390 期(2021-05-12)
  19. [Rust] Rust + Android 的集成开发设计
  20. [Rust] Rust 1.52.1 已正式发布,及其新特性详述
  21. [Rust] 让我们用 Rust 重写那些伟大的软件吧
  22. [Rust] Rust 1.52.0 已正式发布,及其新特性详述
  23. [Rust] Rust 官方周报 389 期(2021-05-05)
  24. [GraphQL] 基于 actix-web + async-graphql + rbatis + postgresql / mysql 构建异步 Rust GraphQL 服务(4) - 变更服务,以及小重构
  25. [Rust] Rust 1.52.0 稳定版预发布测试中,关键新特性一瞥
  26. [Rust] Rust 生态中,最不知名的贡献者和轶事
  27. [Rust] Rust 基金会迎来新的白金会员:Facebook
  28. [Rust] Rustup 1.24.1 已官宣发布,及其新特性详述
  29. [Rust] Rust 官方周报 388 期(2021-04-28)
  30. [Rust] Rust 官方周报 387 期(2021-04-21)
  31. [GraphQL] 构建 Rust 异步 GraphQL 服务:基于 tide + async-graphql + mongodb(4)- 变更服务,以及第二次重构
  32. [Rust] Rustup 1.24.0 已官宣发布,及其新特性详述
  33. [Rust] basedrop:Rust 生态中,适用于实时音频的垃圾收集器
  34. [Rust] Rust 编译器团队对成员 Aaron Hill 的祝贺
  35. [Rust] Jacob Hoffman-Andrews 加入 Rustdoc 团队
  36. [机器人] 为什么应将 Rust 引入机器人平台?以及机器人平台的 Rust 资源推荐
  37. [Rust] rust-lang.org、crates.io,以及 docs.rs 的管理,已由 Mozilla 转移到 Rust 基金会
  38. [Rust] Rust 官方周报 386 期(2021-04-14)
  39. [Rust] Rust 编译器(Compiler)团队 4 月份计划 - Rust Compiler April Steering Cycle
  40. [GraphQL] 基于 actix-web + async-graphql + rbatis + postgresql / mysql 构建异步 Rust GraphQL 服务(3) - 重构
  41. [Rust] 头脑风暴进行中:Async Rust 的未来熠熠生辉
  42. [GraphQL] 基于 actix-web + async-graphql + rbatis + postgresql / mysql 构建异步 Rust GraphQL 服务(2) - 查询服务
  43. [GraphQL] 基于 actix-web + async-graphql + rbatis + postgresql / mysql 构建异步 Rust GraphQL 服务 - 起步及 crate 选择
  44. [Rust] Rust 2021 版本特性预览,以及工作计划
  45. [Rust] Rust 用在生产环境的 42 家公司
  46. [Rust] 构建最精简的 Rust Docker 镜像
  47. [Rust] Rust 官方周报 385 期(2021-04-07)
  48. [Rust] 使用 Rust 做异步数据采集的实践
  49. [Rust] Android 支持 Rust 编程语言,以避免内存缺陷
  50. [Rust] Android 平台基础支持转向 Rust
  51. [Rust] Android 团队宣布 Android 开源项目(AOSP),已支持 Rust 语言来开发 Android 系统本身
  52. [Rust] RustyHermit——基于 Rust 实现的下一代容器 Unikernel
  53. [Rust] Rustic:完善的纯粹 Rust 技术栈实现的国际象棋引擎,多平台支持(甚至包括嵌入式设备树莓派 Raspberry Pi、Buster)
  54. [Rust] Rust 迭代器(Iterator trait )的要诀和技巧
  55. [Rust] 使用 Rust 极致提升 Python 性能:图表和绘图提升 24 倍,数据计算提升 10 倍
  56. [Rust] 【2021-04-03】Rust 核心团队人员变动
  57. [Rust] Rust web 框架现状【2021 年 1 季度】
  58. [Rust] Rust 官方周报 384 期(2021-03-31)
  59. [Rust] Rust 中的解析器组合因子(parser combinators)
  60. [生活] 毕马威(KPMG)调查报告:人工智能的实际采用,在新冠疫情(COVID-19)期间大幅提升
  61. [Python] HPy - 为 Python 扩展提供更优秀的 C API
  62. [Rust] 2021 年,学习 Rust 的网络资源推荐(2)
  63. [Rust] 2021 年,学习 Rust 的网络资源推荐
  64. [生活] 况属高风晚,山山黄叶飞——彭州葛仙山露营随笔
  65. [Rust] Rust 1.51.0 已正式发布,及其新特性详述
  66. [Rust] 为 Async Rust 构建共享的愿景文档—— Rust 社区的讲“故事”,可获奖
  67. [Rust] Rust 纪元第 382 周最佳 crate:ibig 的实践,以及和 num crate 的比较
  68. [Rust] Rust 1.51.0 稳定版本改进介绍
  69. [Rust] Rust 中将 markdown 渲染为 html
  70. [生活] 国民应用 App 的用户隐私数据窥探
  71. [GraphQL] 构建 Rust 异步 GraphQL 服务:基于 tide + async-graphql + mongodb(3)- 重构
  72. [GraphQL] 构建 Rust 异步 GraphQL 服务:基于 tide + async-graphql + mongodb(2)- 查询服务
  73. [GraphQL] 构建 Rust 异步 GraphQL 服务:基于 tide + async-graphql + mongodb(1)- 起步及 crate 选择
  74. [Rust] Rust 操控大疆可编程 tello 无人机

Topics

rust(73)

graphql(16)

rust-官方周报(12)

webassembly(9)

async-graphql(8)

rust-官方博客(8)

tide(7)

rust-web(7)

wasm(6)

this-week-in-rust(6)

yew(6)

mysql(5)

rbatis(5)

android(4)

actix-web(4)

mongodb(3)

json-web-token(3)

jwt(3)

cargo(3)

技术延伸(3)

trunk(3)

handlebars(3)

rhai(3)

用户隐私(2)

学习资料(2)

python(2)

ai(2)

人工智能(2)

postgresql(2)

rust-compiler(2)

rust-基金会(2)

rust-foundation(2)

rustup(2)

rust-toolchain(2)

rust-工具链(2)

rust-游戏开发(2)

rust-区块链(2)

graphql-client(2)

tello(1)

drone(1)

无人机(1)

隐私数据(1)

markdown(1)

html(1)

crate(1)

async(1)

异步(1)

旅游(1)

不忘生活(1)

葛仙山(1)

hpy(1)

python-扩展(1)

正则表达式(1)

解析器组合因子(1)

组合器(1)

regular-expression(1)

parser-combinator(1)

regex(1)

官方更新(1)

rust-工作招聘(1)

rust-技术资料(1)

rust-周最佳-crate(1)

rust-web-框架(1)

rust-web-framework(1)

rust-核心团队(1)

rust-core-team(1)

rust-language-team(1)

pyo3(1)

rust-python-集成(1)

python-性能改进(1)

迭代器(1)

iterator-trait(1)

国际象棋(1)

chess(1)

游戏引擎(1)

game-engine(1)

虚拟化(1)

unikernel(1)

rustyhermit(1)

linux(1)

virtualization(1)

sandboxing(1)

沙箱技术(1)

数据采集(1)

异步数据采集(1)

docker(1)

镜像(1)

生产环境(1)

rust-评价(1)

rust-2021-edition(1)

rust-2021-版本(1)

graphql-查询(1)

vision-doc(1)

愿景文档(1)

代码重构(1)

steering-cycle(1)

方向周期(1)

隐私声明(1)

机器人(1)

robotics(1)

rustdoc(1)

rust-编译器(1)

实时音频(1)

real-time-audio(1)

变更服务(1)

mutation(1)

查询服务(1)

query(1)

rust-贡献者(1)

rust-轶事(1)

rust-稳定版(1)

rust-预发布(1)

rust-测试(1)

安全编程(1)

可信计算(1)

安全代码(1)

secure-code(1)

rust-android-integrate(1)

rust-embedded(1)

rust-嵌入式(1)

rust-生产环境(1)

rust-2021(1)

rust-production(1)

网页快照(1)

网页截图(1)

水印效果(1)

图片水印(1)

rust-wasm(1)

yew-router(1)

css(1)

web-前端(1)

wasm-bindgen(1)

区块链(1)

blockchain(1)

surf(1)

dotenv(1)

标识符(1)

rust-1.53.0(1)

Elsewhere

- Open Source
  1. github/zzy
  2. github/sansx
- Awesome Blog
  1. Sansx's Studio
  2. 曙光磁铁的博客
- Learning & Studying
  1. Rust 学习资料 - 芽之家