メモリ安全性

メモリ安全性 (メモリあんぜんせい、) は、バッファオーバーフローやなどの、RAMアクセス時に発生するバグやセキュリティホールなどから保護されている状態のことである。例えば、Javaはで配列の境界とポインタの参照外しを確認するので、メモリ安全であると言われている。対照的に、CとC++はを行わないメモリアドレスを直接参照するポインタを使用した任意のポインタ演算が可能なので、メモリ安全ではない。
歴史.
メモリエラーは及びタイムシェアリングシステムでFork爆弾などの問題を回避するために検討されたことが始まりである。Fingerプロトコルでのバッファオーバーフローを悪用したモリスワームが登場するまでは、これは殆ど理論上の存在であった。その後、コンピュータセキュリティの分野は急速に発展し、Return-to-libc攻撃などの多くの新たなサイバー攻撃手法が次々と誕生し、これに対する防御手法として実行保護やアドレス空間配置のランダム化などの技術が開発された。アドレス空間配置のランダム化は殆どのバッファオーバーフロー攻撃を防ぎ、攻撃者がアドレスを取得する際に、かその他のアプリケーションに依存する方法を利用することを必要とさせるものであるが、これが採用されるまでには長い時間を必要とした。但し、これらの技術が利用されるのは、ライブラリとスタックの場所をランダムにするときに限定されることが一般的である。
手法.
DieHard及びこれの再設計であるDieHarderとは、自身のランダム仮想メモリページにオブジェクトを割り当てる特別なヒープアロケータであり、無効な読み取りと書き込みを停止し、これを引き起こす命令の詳細までデバッグすることができる。この保護はハードウェアのメモリ保護に依存しているので、オーバーヘッドはそれほど大きくないことが通常であるが、プログラムで割り当てを多用した場合には大きくなる可能性がある。アドレス空間配置のランダム化はメモリエラーに対する確率的保護のみを提供するが、多くの場合、既存のソフトウェアにバイナリを再リンクすることで容易に実装することができる。
ValgrindのMemcheckツールは、命令セットシミュレータを使用してメモリチェック仮想マシンでコンパイル済みのプログラムを実行し、実行時メモリエラーのサブセットの検出を保証する。但し、一般的にプログラムの実行速度が40倍遅くなる。更に、カスタムメモリアロケータを明示的に通知する必要がある。
ソースコードにアクセスすることによって、ポインタに対する正当な値 (メタデータ) を収集及び追跡し、各ポインタアクセスがメタデータに対して有効なものであるのかを検証するなどのライブラリが存在する。一般的に、メモリ安全性はガベージコレクションのトレースと、全てのメモリアクセスで実行時検証を行うことによって保証することができる。この手法にはオーバーヘッドがあるが、Valgrindの手法よりは少ない。ガベージコレクションを採用している全ての言語がこの手法を採用している。CとC++では、実行時にメモリ安全性の検証を行うためにコードのコンパイル時変換を実行するCheckPointerやなどの多くのツールが存在し、これらを使用した場合に実行速度が2倍遅くなる。
他の手法としては、静的コード解析と自動定理証明を使用して、プログラムにメモリエラーがないことを確認する方法がある。例えば、Rustはメモリ安全性を確保するためにボローチェッカーを実装している。などのツールはCで静的コード解析を提供する。C++のは、この手法の限定的な形式である。
境界チェック.
は操作が境界（範囲）を超えているか否かを検査する機能である。配列アクセス時のインデックスチェック (index checking) が有名である。検査は実行時におこなわれる場合が多い（コンパイル時の完全な境界チェックは実用段階に至っていない）。実行時境界チェックによる例外を用いることで、バッファオーバーフローをはじめとした多くのメモリアクセスに対して安全性が得られる。
メモリエラーの種類.
様々な種類のメモリエラーが発生する可能性がある: