Clang Clang’a Karşı

Clang vs. Clang: Clang'ı kızdırmayın

• Clang üzerine yapılan deneyleri ele alan bir blog yazısı
• Derleyici optimizasyonlarıyla ilgili son LLVM ve GCC değişikliklerine bakıldığında optimizasyonlar, optimizasyon testleri, test düzeltmeleri ve hata düzeltmeleri yer alıyor
• Derleyici geliştiricileri, kendilerinin eklediği hatalardan sorumlu tutulmak istemiyor
• Derleyici optimizasyonları gerçek performans artışına büyük katkı sağlamıyor

Derleyici optimizasyonlarının sorunları

• Optimize edilmiş derleyicilerin performansı artırdığı durumlar nadirdir
• Örneğin kyber768'in avx2 uygulaması, optimize edilmiş derleyiciyle derlenmiş koda göre 4 kat daha hızlıdır
• Todd A. Proebsting yasasına göre derleyici optimizasyonları, hesaplama performansına neredeyse hiç katkı sağlamaz
• Arseny Kapoulkine'in benchmark sonuçları da benzer bir sonuca varıyor

Güvenlik sorunları

• Optimize edilmiş derleyiciler, geleneksel hataların yanı sıra zamanlama sızıntıları gibi güvenlik sorunlarına da yol açabilir
• 2018 tarihli EuroS&P makalesine göre, derleyici yükseltmeleri zamanlama kanalları açarak güvenli kodu savunmasız hale getirebilir
• Kyber referans kodunda, Clang 15 ve üzerinin optimizasyon seçenekleriyle derlenen kodda başarılı zamanlama saldırıları bildirildi

TIMECOP aracı

• TIMECOP 2, SUPERCOP kriptografi test çerçevesine gömülüdür ve sırdan türetilen koşullu dallanmaları otomatik olarak tarar
• TIMECOP 1 ile TIMECOP 2 arasındaki fark: TIMECOP 2, RNG çıktısını otomatik olarak sır olarak işaretler ve çok çekirdekte çalışır

Sabit zamanlı kod yazımı

• Sabit zamanlı kodun nasıl yazılacağına dair bir sunum Temmuz 2024'te yapıldı
• libmceliece ve SUPERCOP'ta sağlanan sabit zamanlı işlevler açıklanıyor
• Örneğin crypto_uint32_bitmod_mask(x,j) işlevi, derleyicinin 1 bitlik sonucu fark etmesini engeller

Derleyici optimizasyonu sorunlarını önleme

• Derleyicinin zamanlama sızıntısı eklemesini önlemenin yollarından biri, kütüphaneleri assembly diliyle dağıtmaktır
• Ancak assembly dili, yazılımın doğruluğunu denetlemeyi zorlaştırabilir
• C, C++ vb. kodlara zamanlama sızıntısını önleyici kodları hızlıca eklemenin yolları araştırılıyor

clang-vs-clang yaması

• LLVM optimizasyon aracına, &1 ve >>31 kalıplarını tarayıp uyarı mesajı veren bir yama yazıldı
• Örneğin x >>= 31 kodunda bir uyarı mesajı gösteriliyor

Sonuç

• Derleyici optimizasyonları performans artışına büyük katkı sağlamaz ve güvenlik sorunlarına yol açabilir
• TIMECOP gibi araçlar kullanılarak sabit zamanlı kod yazılmalı ve derleyici optimizasyonu sorunları önlenmelidir

GN⁺ özeti

• Bu yazı, derleyici optimizasyonlarının sorunlarını ve güvenlik risklerini ele alıyor
• Derleyici optimizasyonlarının gerçek performans artışına büyük katkı sağlamadığını ve güvenlik sorunlarına yol açabileceğini vurguluyor
• TIMECOP aracı ve sabit zamanlı kod yazma yöntemleri tanıtılarak güvenlik sorunlarını önleme yolları sunuluyor
• Derleyici optimizasyonu sorunlarını önlemek için kütüphaneleri assembly diliyle dağıtma yöntemi de öneriliyor
• İlgili alandaki diğer projeler arasında FaCT ve Jasmin gibi güvenlik odaklı derleyiciler bulunuyor

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Derleyici yazarları, optimizasyon nedeniyle ortaya çıkan hatalardan sorumlu tutulmuyor

  • Dil standardına göre bu tür hatalar programcının hatası sayılıyor
  • Bu da bunun bir bug olmadığının kanıtı olarak görülüyor

• Bernstein'ın görüşüne katılıyorlar, ancak bazen yanlış yöne gittiğini düşünüyorlar

  • Optimizasyonun faydası kullanım senaryosuna göre değişiyor
  • C derleyicilerinin, dilde ifade edilemeyen anlamları dikkate almamasından şikayet ediliyor
  • Bu, "ihtiyacınız olan anlamı ifade edebilen bir dil kullanın" sonucuna indirgenebilir

• C ve C++, sabit zaman garantisi gerektiren algoritmalar yazmak için uygun değil

  • Standartta gerçek zaman kavramı neredeyse hiç yok
  • Derleyici geliştiricilerini suçlamak yanlış hedefe yönelmek oluyor

• Intel CPU'larda, kullanıcı modunda clang ya da başka herhangi bir şey doğru kod üretemiyor

  • DOITM'yi ayarlamak imkansız

• Derleyici yazarlarının hatalardan sorumlu olmadığı iddiasına katılmıyorlar

  • Bunun, C'deki temel "tanımsız davranış" kavramına dair bir yanlış anlama olduğu söyleniyor

• clang'da, fonksiyon bazında optimizasyonu devre dışı bırakabilen clang::optnone niteliği var

  • GCC'de, optimizasyon seviyesini ayarlayabilen gnu::optimize niteliği bulunuyor
  • clang::no_builtins, memcpy ve memset optimizasyonlarını devre dışı bırakıyor

• C'de çok fazla tanımsız davranış olduğu için başka dillere geçme ihtimali var

  • Python'da set nesnelerinin sırası önemli değil
  • C derleyicileri, kod kalıplarını analiz ederek optimizasyon yapmaya çalışıyor
  • Bu, Hubble teleskobundaki sorunun çözümüne benzer bir şekilde daha iyi performans sağlayabiliyor

• Kriptografi uzmanlarının hedeflerine katılıyorlar, ancak genel amaçlı derleyiciler bunu dikkate almıyor

  • Uzmanlaşmış derleyiciler gerekebilir

• Bazı dillerin ve derleyicilerin sabit zamanlı kriptografik rutinler yazmak için uygun olmadığı doğru

  • Buradan tüm derleyicilerin ve assembly dillerinin kötü olduğu sonucuna varmak yanlış
  • Basit alan-özgü derleyiciler ve diller yazılmalı

• Belirli bir fonksiyon örneğinde, SIZE_T_MAX girdisinde tanımsız davranış ortaya çıkıyor

  • Bu tür birçok hata var, ancak pratikte pek önemli değiller