スタンフォードのコンピュータサイエンスの授業の感想（後編）｜Rui Ueyama
2017年にも同じタイトルの記事を書いたのだけど、その後無事にスタンフォード大学院のコンピュータサイエンス学部を卒業することができたので、前回の記事以降に取った授業について、僕なりの感想をちょっとまとめたい。 CS255 暗号入門 (2018Q1)文字通り暗号についての授業。対称鍵暗号、公開鍵暗号、メッセージ認証、一方向ハッシュ関数などのトピックについて学ぶ。プログラミングではなく理論中心の授業。 宿題では、例えばこういう手順で暗号化される通信が安全であることを証明せよ、みたいな問題が出た。こういう問題は、もし安全ではないとしたらそれを利用して安全とされている暗号（AESとか）を破れてしまう、みたいな背理法で証明を行う。そういう巧妙な証明を考えるのは結構面白かった。あるいは逆に、このように暗号化された通信方式の穴を見つけよ、みたいな問題も出た。 AESやSHA256そのものがなぜ安全と思わ
IPv6がなぜいまだに普及していないのか｜Rui Ueyama
現在のインターネットの基本をなしているIPv4というプロトコルには、広く知られた大きな欠点がある。パケットのアドレスフィールドの幅が32ビットなので、ネットワークに接続可能なホスト数の上限が2³²（約43億）になってしまっているのだ。その欠点を修正するために、1990年代後半にIPv6という新たなプロトコルが設計されたのだけど、いまだにインターネットではIPv6は少数派で、主流ではいまだにIPv4が使われている。 1990年代当時は、IPv6は規格を策定すれば比較的すぐに普及するはずで、それによってインターネットが抱えているアドレス枯渇の問題が解決されるという雰囲気だったように思う。1998年にタイムトラベルして、20年たってもまだIPv4を置き換えることに成功していないと当時の人のIPv6推進者たちに教えたら、多分すごくびっくりされるだろう。一体どうしてこんなに普及が遅れてしまったのだろ
Cコンパイラ制作の夏期集中コースが思っていた以上にうまくいった話｜Rui Ueyama
2018年の夏に僕はセキュリティキャンプ（以下「セキュキャン」）というイベントでCコンパイラ作成コースの授業を行いました。授業はとてもうまくいったといってよいと思います。参加者は6人だったのですが、6人全員プログラミング技術がかなり飛躍的に向上したようですし、そのうち3人は期間中にセルフホスト（自分の書いているコンパイラで自分のコンパイラ自身をコンパイルできること）まで漕ぎ着けることができました。 この文章では、その授業をどのように僕が教えたのかということと、生徒にできるだけ多くのことを学んでもらって自信をつけてもらうために僕が何を気をつけていたのかという2つの点について説明します。 セキュキャンとはセキュキャンは5日間の合宿イベントで、学生を対象としてコンピュータセキュリティやプログラミングについて教えるというものです。いくつものコースが用意されているのですが、僕が受け持ったのは「集中コ
「悪い方が良い」原則と僕の体験談｜Rui Ueyama
ソフトウェアの世界には「悪い方が良い」原則という有名なエッセイがある。キレイにレイヤ分けされた一貫性のある良いデザインよりも、一見手抜きの悪いデザインのほうが実は良いときもあるという話だ。この逆説的なデザイン原則を僕は身をもって体験したことがある。それについてちょっと書いてみようと思う。 僕はlldというリンカの現行バージョンのオリジナル作者だ。リンカというのはコンパイラと組み合わせて使うもので、実行ファイルやDLLを作るのに使用される。lldはプロダクトとしてはかなり成功していて、標準のシステムリンカとして採用しているOSがいくつかあったり、GoogleやFacebookなど皆が知っているような大規模サイトの中で広く使われていたりする。 現在のlldは2世代目で、第1世代のlldは僕がプロジェクトに参加する前から存在していたのだけど、数年前にそれを捨てて一から書き直すということになった。
高頻度アルゴリズム取引業者の終わりなきスピード競争｜Rui Ueyama
誰にとっても通信速度は遅いより速い方がいいけど、情報の速さで利益を出している高頻度アルゴリズム取引業者にとっては、通信速度は死活問題だ。そういった業者のために、証券取引所間のレイテンシをマイクロ秒単位で減らすネットワークが、数百億～数千億円というお金を使って構築されている。ここではそういうネットワークについて書いてみよう。 いつの時代でも、証券取引の参加者にとって、他の証券取引所の状況をいち早く知ることは重要だった。他の人が知らない取引状況を知っていれば、それはある意味ちょっとだけ未来を知っているのと同じようなもので、わずかな時間とはいえ有利な売買ができるからだ。そのために昔から市場参加者は伝書鳩や電話などあらゆる方法で早く情報を得ようとしていた。とはいえ、人間がすべての注文を出していた時代は通信速度を極端に最適化してもあまり意味がなかったが、コンピュータを使ったアルゴリズム取引が一般化す
コンパイラに仕込まれた細工とシステムのセキュリティの話｜Rui Ueyama
コンパイラのソースには書いていないのにバイナリだけで代々伝わっていく情報というのがあって、それはコンピュータのセキュリティに大きく関わっている。ここではそれについて書いてみよう。 僕は8ccというCコンパイラをスクラッチから書いたことがあるのだけど、8ccには文字列を読む部分で、"\"の後に"n"がきたら"\n"という文字（改行文字）を読んだことにするという箇所がある。これはよく考えてみれば自己言及的になっていて、ソースコードの中に"\n"のASCIIコードが一体本当は何なのかという情報が含まれていない。しかしコンパイラをコンパイルするコンパイラからその情報が受け継がれるので、できたバイナリは改行文字をきちんと出力できる。つまり8ccの改行文字は何度セルフコンパイルしても最初に使ったGCC起源ということになる。 コンパイラは、改行文字の文字コードというレベルではなく、もっと大きな情報をバイ
x + 0.25 - 0.25 = xが成り立たないxとは何か｜Rui Ueyama
スタンフォードのコンピュータサイエンスの授業で、ときどきこれは良問と思う問題がテストで出ることがある。僕の印象に残っているのは「xをfloatとするとき、x + 0.25 - 0.25 = xが成り立たないxを求めよ」というものだ。浮動小数点数を理解していないと、両辺が同じにならないケースがあるほうが不自然に思えるだろうから、この問題は浮動小数点数の奇妙さを結構うまく突いていると思う。この問題を元に浮動小数点数についてちょっと説明してみよう。 まずコンピュータ上での数について少し考えてみよう。コンピュータにおける数と、数学の整数や実数は、よく考えてみると全然違う。コンピュータは有限の記憶領域しか持っていないので、無数にある数を表すことが根本的にできない。つまりコンピュータ上の数は「本物の数になるべく似せた別の何か」だ。現実的には、例えば32ビットの数なら2^32パターンしか表せないので、そ
メモリのビット反転エラーとセキュリティの話｜Rui Ueyama
ハードウェアのエラーでメモリの内容が化けてしまうことが稀にある。大抵のDRAMエラーはせいぜいプログラムがクラッシュする結果になるだけだが、データ破壊になることもありえるし、悪意のある使い方をすればセキュリティ破りに使うこともできてしまう。ここではメモリエラーとセキュリティの話をしようと思う。 メモリのエラー率は意外なほど高い。データセンターで大規模なマシン群を対象に実際に観測したところ、1年間に1回以上のエラーが発生したDIMMモジュールは全体の8%にのぼったそうだ。DIMM 1枚に数百億個のメモリセルが実装されているといっても、このエラー率はちょっとびっくりするくらい大きな数字ではないだろうか？ サーバでは普通はエラー訂正付きのDIMMを使うので1ビットのエラーは問題にならないが、エラー訂正のないコンシューマ機器ではこれは実際的な問題になりえる。 メモリエラーを利用したセキュリティ破り
絵文字がある種のUnicodeバグを世界から一掃しつつある件について｜Rui Ueyama
UnicodeのUTF-16エンコーディングではほとんどの文字（コードポイント）は2バイトで表現されるが、Unicodeに後から追加収録された文字の多くは4バイトで表現される。4バイト文字がうまく扱えないプログラムというのはわりとよくある。しかし世界中で広く使われるようになった絵文字がよりによって4バイト文字であるせいで、そのような文字が扱えない問題がよいペースで解決に向かいつつある。それについて少し説明してみようと思う。 Unicodeが80年代から90年代初頭にかけてデザインされたときの目標の一つは、Unicodeに含まれる文字数を65536個以内に収めることだった。現代の文章を実用的なレベルで表すためには、漢字などを含めてもそれだけの種類の文字があれば十分だと考えられたのだ。当然これは1文字を2バイトで表すことを念頭に置いていた。つまりコンピュータの揺籃期から当時に至るまで単純に英語
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