初探Windows 11：Rust语言重构36000行内核代码！

Rust 这两年在大厂的追捧下，凭借着出色的内存效率、速度与安全性，开始爆火。现如今，这把“火”直接烧到了诞生了 40 余载的 Windows 身上！

不久之前，微软企业和操作系统安全副总裁 David Weston 在以色列 Blue Hat IL 2023 安全大会上透露，微软将效仿 Linux，用 Rust 重写部分 Windows 内核。

“我们正处于在 Windows 中用 Rust 爬行、行走、运行的阶段”， David Weston 说道。“我们谈论的是地球上最复杂的工程产品之一。但我们的目标是为了提高安全性……因此，你将在未来几周或几个月内看到 Windows 内核中使用 Rust 编写，这真的很酷。这里的基本目标是将这些内部 C++ 数据类型中转换为 Rust 等价物。”

这不，微软的确兑现了承诺，短短两周之后，有消息传出最新的 Windows 11 Insider Preview 版本是第一个包含 Rust 代码的版本。

“如果你在 Windows 11 Insider ring 上，那么将首次感受到 Rust 在 Windows 内核中带来的魔力。”

Rust 已重写了 Windows 内核中的 36,000 行代码

当然，透露出最新消息的人，不是别人，而是颇有话语权的 Azure CTO Mark Russinovich。

这也不禁让我们想起去年 9 月，Mark Russinovich 在其个人推特账号发表动态称是时候停止使用 C/C++启动任何新项目，并建议在需要使用 noc-GC 语言的场景下使用 Rust 编程语言。

如今在微软 Windows 内核宣布采取 Rust 重写之际，Mark Russinovich 便迫不及待地在第一时间与外界分享最新进度，难掩其对 Rust 语言的支持以及对 C/C++ 的嫌弃之情。

虽说 Mark Russinovich 的个人立场并不能代表企业对外的观点，但是微软对 Rust 的态度早已对外袒露。

早在 2019 年，便有外媒报道，微软正在尝试用 Rust 重写 Windows 底层组件，旨在移除不安全的代码。

当前，据微软企业和操作系统安全副总裁 David Weston 在安全大会上分享，微软已经用 Rust 重写了 Windows 内核中的 36,000 行代码。

更早些时候，微软用 Rust 重写了 DirectWrite Core 库的概念验证，它是 Windows 的 DWrite 引擎的 Windows App SDK 实现，用于文本分析、布局和渲染。当下，DWriteCore 包含了大约 152,000 行 Rust 代码和 96,000 行 C++ 代码。

Weston 还指出，“Windows 内核中现在有一个用 Rust 编写的系统调用。”

为什么要选择 Rust？

微软之所以想要逐渐摒弃 C/C++ 而拥抱 Rust，根据 Weston 的说法，Rust 代码比当前的 C++ 代码更容易编写和理解，也更安全。

对于那些不熟悉的人来说，Rust 是一种现代的类 C 编程语言，受到开发人员的喜爱，因为它强制创建安全的本地代码，而没有托管语言的开销。

实际上，Rust 与 C 和 C++ 等语言的性能相当，同时更易于调试和维护，而且最重要的是在内存安全方面几乎打遍天下无敌手。

一直以来，内存安全的漏洞是多个企业与开发者颇为头疼的难题。

此前，CSDN 也报道过，根据长期关注内存漏洞的开发者 @LazyFishBarrel 的统计，苹果公司的 iOS 和 macOS 系统中 60%-70% 的漏洞是内存安全漏洞。

微软在 2019 年的一次会议上透露，从 2006 年到 2018 年，其发现的 70% 的漏洞都是因内存安全问题造成的。

据 Google 估计，Chrome 中存在了类似比例的内存安全漏洞，另外 90% 的 Android 系统漏洞也都是内存安全问题。

针对这一问题，美国国家安全局（NSA）在去年也曾发布指南，鼓励多个组织将编程语言从 C/C++ 转为使用内存安全的语言，如 C#、Rust、Go、Java、Ruby 和 Swift。

NSA 认为，黑客极有可能会利用代码中管理不善的内存漏洞，而这种漏洞在程序员使用灵活性更高的编程语言时更容易出现。NSA 网络安全技术总监 Neal Ziring 表示，在开发消除此类漏洞的软件时，必须始终使用内存安全语言和其他保护措施。

微软现如今用 Rust 重写部分 Windows 内核代码，也是在为内核安全而考虑。

因为内核是计算机操作系统的核心部分，对整个系统的运作至关重要。

同时，它也是电脑开机后最先启动的东西之一，然后它就永久地存在于内存中，充当计算机应用程序和硬件之间的媒介。

如果一个攻击者成功地破坏了内核，他们就可以完全控制运行内核的设备，这无疑是最糟糕的结果。

此外，这些问题不仅仅在 Windows 系统上会出现，MacOS、Linux 等系统也同样存在这样的问题。

内核漏洞的很大一部分集中在内存管理上。传统来看，最流行的内核编码语言是 C 和 C++，这两种语言虽然提供了出色的性能和不错的灵活性，但是一旦涉及到安全问题时，就没那么有用了。

因此，一旦有心怀不轨的人想要发起网络攻击，内存将会成为重灾区。往往内存的缺陷或者 Bug 又会极易被利用，也会存在诸多的恶意代码。

对此，FaceTime 安全实验室前研究总监 Christopher Boyd 在一篇博客中进一步分析表示，内存的一个重要部分是可怕的缓冲区溢出攻击，该攻击自 1970 年代以来一直存在。这是指写入缓冲区的数据溢出并覆盖了附近的内存。当系统的内存以这种方式被篡改时，就会导致各种形式的利用。

尽管很多企业一直强调让程序员编写更安全的代码，改进底层语言，并采取 Windows 地址空间布局随机化（ASLR）等缓解措施，然而，缓冲区溢出仍然是一个巨大的问题。

Christopher Boyd 表示，要想彻底根除这些问题的唯一方法就是，从 C 和 C++ 转到像 Rust 这样可以自动管理内存的内存安全语言。

而且这一方法已经被很多企业采用了，譬如 2021 年，Android 系统开始支持 Rust 开发操作系统，导致该平台的内存安全漏洞大幅下降。

如今微软在用 Rust 语言改进 Windows 11 内核，并添加了 36000 行内核代码时，据 The Register 报道，初步性能测试没有看到 Rust 化的内核对性能造成降低。

Rust 取代不了 C/C++ 已在 Windows 内核中 40 年的工作

当然，微软不仅仅是用 Rust 改写 Windows 内核，也将引入其 Pluton 安全处理器。

当 Weston 在安全大会上说到 Pluton 时，他表示，"我们正朝着使用 Rust 的内存安全语言的方向发展。我们还没有达到这个目标，但我们正在努力......可信计算基地的内存安全问题是真实存在的，而且可以说是最令人痛苦的问题，不仅是因为如果 TPM 被破坏，[黑客]有可能接触到各种东西，而且当 TPM 必须更新时，它们有一个重置状态，对用户来说是非常痛苦的。有 Rust 的存在是超级关键的"。

不过，需要注意的是，微软不会做的是用 Rust 替换内核中 C/C++ 的整个“40 年工作”。为此，Weston 解释道，“虽然我们（微软）喜欢 Rust，但我们需要一种策略，其中还包括保护更多的本地代码。”

Rust 是否真的能够如愿保证安全性？

最后，毫无疑问的是，Rust 的引入必将会让 Windows 在内存安全方面取得不错的进展。

就像在 2022 年底，Linux-6.1 首次引入 Rust 语言作为内核模块的开发语言，形成了 Rust for Linux 项目那样，让 Rust 成为 C 语言之后的第二语言。对此，开发者也期望在引入 Rust 语言后，在内核代码抽象和跨平台方面能做得比 C 更有效，且会提升内核代码质量，有效减少内存和多线程并发缺陷 。

针对如今 Windows 内核采用 Rust 改写，不少网友纷纷押注：

Rust 是超越 C/C++ 的前进之路。

数十年的漏洞已经证明在使用 C/C++ 时防止内存破坏的 Bug 是多么困难。虽然像 C# 或 Java 等垃圾回收语言已证明对这些问题更具弹性，但在某些情况下它们无法使用。对于这种情况，我们押注 Rust 将作为 C/C++ 的替代品。Rust 是一种现代语言，旨在与高性能 C/C++ 竞争，但语言中内置了内存安全和线程安全保证。虽然我们无法在一夜之间用 Rust 重写所有内容，但我们已经在 Azure 基础设施的一些最关键组件中采用了 Rust。我们预计，随着时间的推移，Rust 的采用率将大幅提高。

不过，也有网友表示：“在 Javascript/Web 生态系统工作多年后，我在过去的几年中也一直在全职使用 Rust。我不能说它与 C++ 相比如何，但我在 Rust 中的生产力仍然远远低于我在 Typecript 中的生产力。我在生产系统中使用 Rust，但在 Typescript 中做原型。”

生产力和安全性究竟该如何平衡，对此，你是否用过 Rust？在生产环境中使用 Rust 是种怎样的体验，是否会减少内存漏洞的发生呢？欢迎留言分享你的看法。

参考：

https://www.thurrott.com/windows/windows-11/282995/first-rust-code-shows-up-in-the-windows-11-kernel

https://www.malwarebytes.com/blog/news/2023/05/microsoft-introduces-rust-into-kernel-in-windows-11

https://news.ycombinator.com/item?id=35924008

https://www.theregister.com/2023/04/27/microsoft_windows_rust/