Thông báo gần đây về Verus, một công cụ kiểm chứng tĩnh cho mã Rust, đã châm ngòi cho một cuộc tranh luận sôi nổi trong cộng đồng lập trình viên về vai trò của kiểm chứng hình thức trong các ngôn ngữ lập trình vốn đã nhấn mạnh tính an toàn. Khi Rust tiếp tục được ưa chuộng nhờ các đảm bảo về an toàn bộ nhớ, những công cụ như Verus nhằm đưa tính chính xác của mã lên một tầm cao mới bằng cách chứng minh về mặt toán học rằng mã đáp ứng các đặc tả của nó.
Hệ Sinh Thái Đang Phát Triển của Các Công Cụ Kiểm Chứng Rust
Verus tham gia vào một hệ sinh thái đang phát triển của các công cụ kiểm chứng cho Rust, bao gồm Prusti và Creusot. Mặc dù các công cụ này có chung mục tiêu là kiểm chứng tính chính xác của mã, chúng lại có những cách tiếp cận khác nhau đối với vấn đề này. Như một người bình luận đã lưu ý, Các công cụ chính là Verus, Prusti và Creusot, nhưng chúng có cách tiếp cận khá khác nhau. Điều này không thừa thãi. Theo bài báo SOSP 2024 được trích dẫn trong các bình luận, tốc độ kiểm chứng dường như là một trong những lợi thế chính của Verus so với các công cụ tương tự.
Những công cụ này cho phép các lập trình viên viết đặc tả về những gì mã của họ nên làm, và sau đó kiểm chứng tĩnh rằng mã đáp ứng những đặc tả đó cho tất cả các lần thực thi có thể. Không giống như kiểm thử truyền thống, chỉ có thể kiểm tra các đầu vào cụ thể, các công cụ kiểm chứng hình thức như Verus có thể chứng minh tính chính xác trên toàn bộ không gian đầu vào.
So sánh các công cụ xác minh cho Rust
- Verus: Công cụ xác minh tĩnh kiểm tra mã đối chiếu với các đặc tả cho tất cả các lần thực thi có thể. Hiện tại hỗ trợ một tập con của Rust và cho phép xác minh mã thao tác với con trỏ thô.
- Prusti: Một công cụ xác minh khác cho Rust với cách tiếp cận khác.
- Creusot: Công cụ xác minh thứ ba trong hệ sinh thái Rust.
- Kani: Trình kiểm tra mô hình đang được sử dụng để xác minh thư viện chuẩn của Rust.
Các điểm thảo luận chính:
- Tốc độ xác minh như một yếu tố phân biệt giữa các công cụ
- Nhu cầu về ngôn ngữ đặc tả chung
- Tích hợp với hệ thống hiệu ứng sắp tới của Rust
- Sự đánh đổi giữa kiểu phụ thuộc tích hợp và công cụ xác minh bên ngoài
 |
|---|
| Một ảnh chụp màn hình của kho lưu trữ GitHub dành cho Verus, nổi bật sự phát triển và những đóng góp liên tục trong hệ sinh thái công cụ xác minh Rust |
Cuộc Tranh Luận: Kiểm Chứng Hình Thức và Kiểm Thử
Thông báo này đã châm ngòi cho một cuộc tranh luận mang tính triết học về việc liệu kiểm chứng hình thức có cần thiết trong một ngôn ngữ như Rust vốn đã cung cấp những đảm bảo an toàn mạnh mẽ hay không. Một số lập trình viên đặt câu hỏi liệu việc thêm các công cụ kiểm chứng vào Rust có quá mức cần thiết hay không, lập luận rằng kiểm thử nên đủ cho hầu hết các trường hợp sử dụng.
Các bài kiểm tra xác minh rằng mã hoạt động trên các đầu vào cụ thể. Kiểm chứng hình thức kiểm tra rằng nó hoạt động trên mọi đầu vào.
Quan điểm này nhấn mạnh một sự khác biệt cơ bản giữa kiểm thử và kiểm chứng. Trong khi các bài kiểm tra có thể chứng minh rằng mã hoạt động cho một số đầu vào nhất định, kiểm chứng hình thức có thể chứng minh rằng mã hoạt động cho tất cả các đầu vào có thể, bao gồm cả các trường hợp biên có thể bị bỏ qua trong kiểm thử.
Vai Trò của Kiểu Phụ Thuộc
Một chủ đề thú vị khác trong cuộc thảo luận xoay quanh kiểu phụ thuộc (dependent types) và liệu chúng có nên được tích hợp vào bản thân ngôn ngữ hay không. Kiểu phụ thuộc cho phép các kiểu phụ thuộc vào giá trị, cho phép đặc tả chính xác hơn ở cấp độ kiểu. Tuy nhiên, như một người bình luận đã chỉ ra, việc thêm kiểu phụ thuộc vào Rust có thể làm tăng đáng kể độ phức tạp của một hệ thống kiểu vốn đã tinh vi.
Một số lập trình viên bày tỏ lo ngại rằng việc biến kiểm chứng hình thức thành một phần cốt lõi của Rust có thể nâng rào cản gia nhập quá cao. Như một người bình luận đã giải thích: Cảm giác của tôi là kiểu phụ thuộc làm tăng độ phức tạp cho một ngôn ngữ vốn đã nổi tiếng với hệ thống kiểu phức tạp, vì vậy tôi lo lắng về việc vượt quá ngân sách phức tạp. Họ đề xuất rằng việc giữ các công cụ kiểm chứng tách biệt cho phép các lập trình viên cần chúng sử dụng mà không làm phiền những người khác với độ phức tạp.
Hướng Tương Lai: Ngôn Ngữ Đặc Tả Chung
Một chủ đề thường xuyên xuất hiện trong các bình luận là nhu cầu về một ngôn ngữ đặc tả chung giữa các công cụ kiểm chứng khác nhau. Với nhiều công cụ xuất hiện trong lĩnh vực này, các lập trình viên bày tỏ sự thất vọng khi phải học các cú pháp đặc tả khác nhau cho các nhiệm vụ kiểm chứng tương tự.
Các đảm bảo đơn giản như đảm bảo một hàm không bao giờ gây ra panic có thể được hưởng lợi từ cú pháp tiêu chuẩn hóa trên tất cả các công cụ kiểm chứng. Một số người bình luận đề xuất rằng các đảm bảo cơ bản như vậy cuối cùng có thể được tích hợp vào ngôn ngữ cốt lõi của Rust, có thể như một phần của hệ thống hiệu ứng sắp tới (trước đây được gọi là từ khóa generics).
Cuộc thảo luận cũng đề cập đến những nỗ lực đang diễn ra của Rust để kiểm chứng thư viện tiêu chuẩn của nó bằng các công cụ như Kani, một trình kiểm tra mô hình. Công việc này chứng tỏ tầm quan trọng ngày càng tăng của kiểm chứng hình thức trong việc đảm bảo độ tin cậy của mã quan trọng.
Khi Verus tiếp tục phát triển và mở rộng khả năng của nó, nó đại diện cho một bước quan trọng trong việc đưa các kỹ thuật kiểm chứng hình thức đến với đông đảo lập trình viên Rust hơn. Mặc dù không phải mọi dự án đều yêu cầu mức độ đảm bảo mà kiểm chứng hình thức cung cấp, việc có sẵn các công cụ này làm phong phú hệ sinh thái Rust và cung cấp cho các lập trình viên nhiều lựa chọn hơn để đảm bảo tính chính xác của mã.
Tham khảo: Verus