[論文レビュー] Coding Guidelines and Undecidability

Espinha Gasiba, Tiago, Oguzhan, Kaan+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2022

Software Reliability and Analysis Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、C/C++のコーディングガイドライン、特にMISRA C:2012における不決定性の影響を調査し、静的解析ツールにおける誤検出や混乱を低減する実用的な改善策を提案する。不決定性のあるガイドラインは安全で重要なシステムでは避けがたいが、健全で決定可能な近似と、より明確で現実的であるべき指針（例えば、正当化のない効果のないコードの最小化）を用いることで、安全性と開発者の実用性の両立を図ることができると主張する。

ABSTRACT

Software security is an important topic that is gaining more and more attention due to the rising number of publicly known cybersecurity incidents. Previous research has shown that one way to address software security is by means of a serious game, the CyberSecurity Challenges, which are designed to raise awareness of software developers of secure coding guidelines. This game, which has been proven to be very successful in the industry, makes use of an artificial intelligence technique (laddering technique) to implement a chatbot for human-machine interaction. Recent advances in machine learning led to a breakthrough, with the implementation of ChatGPT by OpenAI. This algorithm has been trained in a large amount of data and is capable of analysing and interpreting not only natural language, but also small code snippets containing source code in different programming languages. With the advent of ChatGPT, and previous state-of-the-art research in secure software development, a natural question arises: to which extent can ChatGPT aid software developers in writing secure software?. In this paper, we draw on our experience in the industry, and also on extensive previous work to analyse and reflect on how to use ChatGPT to aid secure software development. Towards this, we run a small experiment using five different vulnerable code snippets. Our interactions with ChatGPT allow us to conclude on advantages, disadvantages and limitations of the usage of this new technology.

研究の動機と目的

• C/C++のコーディングガイドラインにおける不決定性が、特に安全で重要なシステムにおいて生じる概念的および実務的課題を明確にすること。
• 不決定性のあるガイドライン（特に到達不能なコードや効果のないコードに関連するもの）がなぜ開発者やツールを混乱させるのかを分析すること。
• 安全性とセキュリティの保証を維持したまま、より実用的で誤検出の少ないガイドラインを提案すること。
• 真の違反と「知らない」状態を区別できるより良いツール支援を提言し、誤検出や誤検出を減らすこと。

提案手法

• 実行時動作や制御フローの到達可能性といった、不決定性の根本的要因に基づいて、MISRA C:2012のすべての不決定性ガイドラインを体系的に分類する。
• 死コード、到達不能なコード、副作用のない式に関連するガイドラインにおける不決定性の根本的要因を分析する。
• 効果のないコードの絶対的禁止に代わるより現実的な代替案として、'正当化のない効果のないコードは最小限にすること'を提唱する。
• 不決定性のあるガイドラインに対する決定可能な近似の実現可能性を評価し、完全性よりも健全性と実用性を重視する。
• 新しい柔軟性のあるガイドラインへの準拠を支援するため、設計基準、テスト計画、コードレビューのチェックリストを統合することを勧告する。
• Rustなどの現代的な言語トレンドと類似点を示し、より厳格でありながらも保守可能なコーディング慣行への移行を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜMISRA C:2012ルール2.2のような不決定性のあるコーディングガイドラインが、静的解析ツールや開発者に混乱を引き起こすのか？
• RQ2 一般のアルゴリズムで検証できない状況で不決定性のあるガイドラインを強制すると、どのような実務的影響が生じるのか？
• RQ3 コード品質や表現力に過度に制約を加えずに、不決定性のあるガイドラインに対して決定可能な近似を設計できるか？
• RQ4 安全性とセキュリティを確保したまま、誤検出を減らすためにガイドラインをどのように再定式化できるか？
• RQ5 誤検出や誤検出といったツールの制限が、安全で重要なシステムにおける静的解析の信頼性を損なう役割を果たすのか？

主な発見

• 多くのMISRA C:2012ガイドラインは、実行時動作や制御フローの到達可能性、変数の値といった実行時特性に依存しており、静的解析では決定できないため不決定的である。
• 静的解析ツールは不決定性のある性質に対して必然的に「知らない」と返すため、高度な近似技術を用いない限り、誤検出や誤検出が生じる。
• 効果のないコードの絶対的禁止（例：MISRA C:2012ルール2.2）は実務上、実装不可能であり、高信頼性プロジェクトですら避けがたい逸脱を引き起こす。
• 提案された代替指針である'正当化のない効果のないコードは最小限にすること'は、絶対的排除ではなく、コード品質と意図に焦点を当てることで、より現実的で保守可能なアプローチを提供する。
• 多くの不決定性のあるガイドラインに対して、決定可能な近似を実装可能であり、特に同僚レビュー、テスト、ドキュメンテーションと組み合わせることで、安全性を損なわずツールの信頼性を向上させられる。
• Linuxカーネルコミュニティにおけるより厳しいコーディングルールの受容が広がっていることは、規制の緩い環境でも、より洗練された安全志向の開発慣行への移行が進んでいる兆候である。