Rust コードのための静的検証ツール Verus の最近の発表は、すでに安全性を重視しているプログラミング言語における形式検証の役割について、開発者コミュニティ内で活発な議論を引き起こしました。Rust がメモリ安全性の保証により人気を高める中、Verus のようなツールは、コードが仕様を満たすことを数学的に証明することで、コードの正確性を次のレベルに引き上げることを目指しています。
成長する Rust 検証ツールのエコシステム
Verus は、Prusti や Creusot を含む、Rust のための検証ツールの成長するエコシステムに加わりました。これらのツールはコードの正確性を検証するという共通の目標を持っていますが、問題へのアプローチは異なります。あるコメンテーターが指摘したように、「主なものは Verus、Prusti、Creusot ですが、それぞれかなり異なるアプローチを取っています。これは冗長ではありません。」コメントで言及された SOSP 2024 の論文によると、検証速度が Verus の同様のツールに対する主な利点の一つであるようです。
これらのツールにより、開発者はコードが何をすべきかの仕様を書き、そのコードがすべての可能な実行において仕様を満たすことを静的に検証することができます。特定の入力のみをチェックできる従来のテストとは異なり、Verus のような形式検証ツールは、入力空間全体にわたって正確性を証明することができます。
Rust検証ツールの比較
- Verus: コードを仕様に対して検証し、あらゆる実行パターンをチェックする静的検証ツール。現在はRustのサブセットをサポートしており、生ポインタを操作するコードの検証が可能。
- Prusti: 異なるアプローチを持つRust向けの別の検証ツール。
- Creusot: Rustエコシステムにおける第三の検証ツール。
- Kani: Rustの標準ライブラリの検証に使用されているモデルチェッカー。
主な議論ポイント:
- ツール間の差別化要因としての検証速度
- 共通仕様言語の必要性
- Rustの今後のエフェクトシステムとの統合
- 組み込み依存型と外部検証ツールの間のトレードオフ
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| Verus の GitHub リポジトリのスクリーンショットで、Rust 検証ツールエコシステム内での開発と継続的な貢献を強調しています |
議論：形式検証 vs テスト
この発表は、すでに強力な安全性保証を提供している Rust のような言語で形式検証が必要かどうかについての哲学的な議論を引き起こしました。一部の開発者は、Rust の上に検証ツールを追加することが過剰かどうか疑問視し、ほとんどのユースケースではテストで十分であると主張しています。
「テストは特定の入力でコードが機能することを検証します。形式検証はすべての入力で機能することを確認します。」
この視点は、テストと検証の根本的な違いを強調しています。テストは特定の入力に対してコードが機能することを示すことができますが、形式検証はテストで見落とされる可能性のあるエッジケースを含め、すべての可能な入力に対してコードが機能することを証明できます。
依存型の役割
議論のもう一つの興味深いスレッドは、依存型と、それらが言語自体に組み込まれるべきかどうかに焦点を当てています。依存型は型が値に依存することを可能にし、型レベルでより正確な仕様を可能にします。しかし、あるコメンテーターが指摘したように、Rust に依存型を追加することで、すでに洗練された型システムの複雑さが大幅に増加する可能性があります。
一部の開発者は、形式検証を Rust の中核部分にすることで、参入障壁が高くなりすぎる可能性があるという懸念を表明しました。あるコメンテーターは次のように説明しています：「依存型は、すでに複雑な型システムで知られている言語に複雑さを追加すると感じているので、複雑さの予算をオーバーすることに不安を感じています。」彼らは、検証ツールを分離しておくことで、それらを必要とする開発者が使用できるようにしつつ、他のすべての人に複雑さの負担をかけないようにすることを提案しました。
将来の方向性：共通仕様言語
コメントの中で繰り返し出てきたテーマは、異なる検証ツール間での共通仕様言語の必要性でした。このスペースで複数のツールが出現する中、開発者は同様の検証タスクのために異なる仕様構文を学ぶ必要があることにフラストレーションを表明しました。
関数がパニックしないことを保証するような単純な保証は、すべての検証ツールで標準化された構文の恩恵を受けることができます。一部のコメンテーターは、そのような基本的な保証は最終的に Rust のコア言語に統合される可能性があり、おそらく今後のエフェクトシステム（以前はキーワードジェネリクスとして知られていた）の一部として組み込まれるかもしれないと提案しました。
議論はまた、Kani のようなモデルチェッカーを使用して Rust の標準ライブラリを検証する進行中の取り組みにも触れました。この作業は、重要なコードの信頼性を確保する上で形式検証の重要性が高まっていることを示しています。
Verus がその機能を開発し拡張し続けるにつれて、それは形式検証技術をより広範な Rust 開発者に提供する重要なステップを表しています。すべてのプロジェクトが形式検証が提供するレベルの保証を必要とするわけではありませんが、これらのツールが利用可能であることは Rust エコシステムを豊かにし、開発者にコードの正確性を確保するためのより多くのオプションを提供します。
参照: Verus