A Study of Undefined Behavior Across Foreign Function Boundaries in Rust Libraries

Rust编程语言限制别名和可变性，以提供静态安全性保证，开发人员依赖这些保证来编写安全和高性能的应用程序。然而，Rust经常用于与其他限制较弱的语言进行交互。这些语言支持与Rust的操作语义模型冲突的循环和自引用设计模式，这可能是未定义行为的一个重要来源，目前没有任何工具能够检测到。我们创建了MiriLLI工具，该工具使用现有的Rust和LLVM解释器共同执行多语言Rust应用程序。我们在一个大规模的研究中使用了我们的工具，研究了调用外部函数的Rust库，我们发现了45个未定义或不良行为的实例。其中包括四个从平均每天下载量超过10,000的库中发现的bug，一个来自GNU编译器集合（GCC）的组件，以及一个由Rust项目维护的库中发现的bug。大多数这些错误是由不兼容的别名和初始化模式、不正确的外部函数绑定和无效的类型转换引起的。大多数别名违规是由Rust中不安全的操作引起的，但它们发生在外部代码中。Rust社区必须投资于开发新的工具来验证多语言程序，以确保开发人员可以轻松地检测和修复这些错误。

检测Rust与其他语言交互时的潜在错误，特别是涉及别名和可变性的问题。

使用MiriLLI工具，结合Rust和LLVM解释器，对Rust库调用外部函数的多语言应用进行联合执行，发现了45个未定义或不良行为的实例。

MiriLLI工具的创造和使用，大规模研究Rust库调用外部函数的多语言应用，发现了一些常见的错误类型，提出了相应的解决方案。

与Rust多语言交互相关的研究包括：《Safe FFI: Verified, Efficient, and Safe Foreign Function Interface for Rust》、《Towards Safe and Efficient FFI: Verifying Rust Bindings in C-based Applications》等。