[論文レビュー] Deriving a Simple Gradual Security Language

Ronald Garcia, Éric Tanter|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2015

Security and Verification in Computing参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、静的セキュリティ型付き言語λSECの徐々に緩和された同等物を、抽象的段階的型付け（AGT）を用いて体系的に導出する、最初の段階的セキュリティ型付きソース言語λfSECを紹介する。段階的型を静的型の集合として解釈し、λSECからの非干渉性の証明を引き上げることで、明示的なキャストを排除し、実行時クラッシュや漏洩が発生しない段階的環境における型安全性と情報フローのセキュリティを保証する。

ABSTRACT

Abstracting Gradual Typing (AGT) is an approach to systematically deriving gradual counterparts to static type disciplines. The approach consists of defining the semantics of gradual types by interpreting them as sets of static types, and then defining an optimal abstraction back to gradual types. These operations are used to lift the static discipline to the gradual setting. The runtime semantics of the gradual language then arises as reductions on gradual typing derivations. To demonstrate the flexibility of AGT, we gradualize $λ_ ext{SEC}$, the prototypical security-typed language, with respect to only security labels rather than entire types, yielding a type system that ranges gradually from simply-typed to securely-typed. We establish noninterference for the gradual language, called $λ_{\widetilde{ ext{SEC}}}$, using Zdancewic's logical relation proof method. Whereas prior work presents gradual security cast languages, which require explicit security casts, this work yields the first gradual security source language, which requires no explicit casts.

研究の動機と目的

• 動的型付けと静的型付けを原理的かつ統合的に組み合わせた段階的セキュリティ言語の開発。明示的なキャストを回避することを目的とする。
• 抽象的段階的型付け（AGT）フレームワークを、型全体ではなくラベルに焦点を当てたセキュリティ型付きシステムに拡張すること。
• 段階的言語λfSECにおける非干渉性の形式的証明を行い、高セキュリティ情報が低セキュリティ出力に影響を与えないことを保証すること。
• 段階的言語の実行意味論が、静的λSECシステムにおける型安全性証明から自然に導かれることが示されること。
• 段階的型付けを曖昧な型付けの理論として確立し、動的言語機能を超えて広く適用可能にする基盤を構築すること。

提案手法

• 段階的型を静的型の集合として解釈することで、抽象的段階的型付け（AGT）を用いてλSECの段階的同等物を導出する。
• 単一の型レベルの付加としてセキュリティラベルを用いることで、単純型付きからセキュアに型付けされた言語λfSECを定義する。
• Zdancewicの論理的関係法を用いて、静的λSEC言語からの非干渉性証明を段階的設定に引き上げる。
• 型安全性証明の還元に基づいてλfSECの動的意味論を導出し、運用的安全性と型の健全性を保証する。
• 意味論を通じて暗黙のキャストを導入し、従来の段階的キャスト言語で一般的な明示的キャストの必要性を排除する。
• 証拠に基づく関係（≈ζ）を用いて、評価中における型の一貫性とセキュリティラベルの互換性を追跡する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 抽象的段階的型付け（AGT）は、型全体ではなくセキュリティラベルに焦点を当てたλSECのようなセキュリティ型付き言語に成功裏に適用可能か？
• RQ2 得られた段階的言語λfSECは非干渉性を保つのか。すなわち、高セキュリティデータが低セキュリティ出力に影響を与えないか？
• RQ3 段階的言語の動的意味論は、事前に定義された意味論に依存せずに、静的型安全性証明から直接導出可能か？
• RQ4 型安全性と情報フローの保証を維持しながら、段階的セキュリティ言語で明示的キャストを排除することは可能か？
• RQ5 単一の統一された言語基盤を用いて、動的型付きプログラムからセキュアに型付けされたプログラムへの滑らかな移行が可能か？

主な発見

• 本論文は、明示的キャストを一切不要とする、情報フロー・セキュリティのための最初の段階的ソース言語λfSECを成功裏に導出した。
• 言語λfSECは型安全であり、元の静的λSECシステムのセキュリティ保証を保持している。
• λfSECの動的意味論は、λSECにおける型安全性証明から誘導されており、静的と段階的意味論の間の明確で形式的なつながりを確立している。
• 本アプローチにより、段階的型付けが動的チェックではなく曖昧な型付けの理論として見なせることを示しており、理論的範囲を広げた。
• λSECからの論理的関係証明法が段階的設定に成功裏に適応され、関連する計算が評価中でも関係性を保つことが示された。
• 本フレームワークにより、セキュリティ型付けにとどまらず、他の型体系に対しても一般化可能な段階的型システムの体系的導出が可能になった。