プログラムを書いていると、素直に実装した結果として毎回特定の条件が満たされているけど、本来それは誰も保証してないという場面に出くわすことがよくある。保証されていない偶然の動作に依存することで生じるバグというのはかなり多い。 例えば最近では、ドラゴンボールZ ドッカンバトルというゲームで、2回SQL文を実行した結果が同じ順序で並んでいるという誤った期待をしているコードがあったせいで、ガチャの確率表示がめちゃくちゃになってしまって、運営が確率操作しているのではないかという騒動が発生したことがあった [1]。データベースでは空のテーブルにデータを追加してその直後に読み返すと、データを追加した順番に結果が返ってきたりしがちなので、問題のコードはきれいなテスト環境では偶然うまく動いてしまったのだろうと思う。 上のようなバグを防ぐために最近よく使われているのは、本来保証しないところをわざと壊すという方

ロシア人の同僚に、ロシアには3進コンピュータがあったらしいよね、という話をしたら、僕の大学の教授がそのコンピュータの発明者と一緒に仕事してたよ、と言われたことがあった。ソビエト連邦には3進数のコンピュータが実際にあったのだ。その奇妙な機械についてちょっと書いてみよう。 普通の2進コンピュータでは、数の1桁を1ビットといって、1ビットで2つのパターンを表すことができる。同じように、3進コンピュータでは、数の1桁をトリット(trit)といって、1トリットで3つのパターンを表すことができる。 3進コンピュータで最も興味深いのは、負の数を表すための特別な符号ビットがいらないことだ。2進コンピュータでは最上位ビットが1なら数全体が負を表している、みたいな特別なルールが必要なのだが、3進コンピュータでは、各桁が-1, 0, 1のどれかを表していることにすれば、自然と負の数が表現できてしまう。 説明をコ

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

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

思考実験として、全世界の人が同時に、自分の持っているコンパイラやインタープリタなどの実行ファイルをうっかり全部消してしまったとしよう。そうするとそれ以降、ソースコードが残っていても、コンパイラ自身も含めてどのようなプログラムもコンパイルできなくなってしまう。この状況から人類は元のコンピュータ文明を復旧することができるのだろうか？ 僕は結論としては、かなり簡単に復旧できると思う。ここではその手順についてちょっと考えてみよう。 コンパイラのバイナリファイルが全部消えてしまった後、復旧のために目指すべきマイルストーンは、おそらくCコンパイラを元に戻すことになるだろう。Cで書かれたプログラムはOSやコンパイラ自身を含めてたくさんあるので、そこを起点にすれば、たくさんのプログラムを芋づる式に復旧していけるからだ。 ほとんどのCコンパイラはCかC++で書かれている。最近のGCCやClangは巨大かつC

数年に一度、1日が1秒だけ長くなることがある。そのたびにどこかでシステム障害が起こるのだが、何回もうるう秒を経験するごとに次第にベストプラクティスも確立されつつある。ここではうるう秒問題と人々がそれにどう対応してきたかについて説明しよう。 うるう秒というのは地球の自転速度のわずかな揺らぎに対して時計を調整するために数年に一回調整される1秒のことだ。うるう秒で1秒短くなる日は23:59:59からの1秒がスキップされる。うるう秒で1秒長くなる日は、23:59:59の次が23:59:60になり、その1秒後に次の日の00:00:00になる。 というわけで公式には秒というのは数年に一度60秒目というのがありえるのだが、ほとんどのOSはうるう秒にきちんと対応していない。Linuxなどでは通常「時計を1秒戻す」という驚くほど単純な方法でうるう秒を扱っている。つまりうるう秒がある日には23:59:59.9

いろいろなソフトウェアで、大きいランダムな値をユニークな値とみなすということが行われている。例えばユニークな識別子としてよく使われるUUIDはただの122ビットの乱数だ。gitもSHA-1ハッシュ値が160ビットの乱数のように扱えることを期待して、それをユニークな識別子として使っていた。実際にはランダムな2つの値が同じになる確率はゼロではないのに、なぜこれが安全なやり方だと言えるのだろうか？ それについてちょっと説明してみよう。 あるシステムが、乱数で生成された識別子の衝突のなさに依存しているとして、仮に衝突が発生した場合、相当悪い結果、例えば復旧不可能な形でデータベースが壊れてしまうとしよう。これはどれくらい危険なのだろうか？ 数学の問題で、学校のクラスの中で同じ誕生日の人が1組以上いる可能性は思ったより高いという話を聞いたことがあると思う。あるランダムに生成された値が衝突する確率という

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

現実世界でもコンピュータの中でも、何らかの性能指標だけを追求すると参加者にとって極端に不公平になってしまうことがある。例えばエレベータとHDDは共通点がありそうに思えないが、この2つは性能特性的にとてもよく似ていて、リーズナブルな性能と公平性を両立させるために同じ制御方法が使われている。これについてちょっと説明してみよう。 1基しかない場合のエレベータの動き方は単純だ。一度上に動き出すと、上で待ってる人や降りる人がいる限り上昇し続ける。同じように、一度下に動き出すと、下で待っている人や降りる人がいる限り下降し続ける。これ以外の動き方をするエレベータはまず存在しないので、これが唯一の制御方法のように思えるけど、別にこうしなければいけないというルールはない。 エレベータの平均待ち時間を最適化することを考えてみよう。そうすると、一方向に動き続ける代わりに、エレベータが現在存在する階に一番近い人の

ゲームなどを作っているとランダムさが必要になることがあるけど、コンピュータは基本的に毎回全く同じように動くので、乱数を作り出すのはそう簡単なことではない。Wi-FiやHTTPSなどの暗号は乱数のランダムさに本質的に依存しているので、高品質な乱数生成は世の中的にも重要な話題である。ここでは乱数生成について話をしてみよう。 ゲームではイベントがプレイヤーに予測不可能であればよいだけなので、真の乱数列ではなく擬似乱数列というものを使うことが多い。擬似乱数列は人間にはランダムにみえるけど、実際は何らかの数式によって順番に生成されているだけの数の列で、初期値を毎回違うものにしておくと、人間には毎回違う数列が生成されるようにみえる。初期値には現在時刻を使うことが多い。現在時刻は普通の用途では毎回違うからだ。 昔のゲーム機は現在時刻の設定がなかったので、ファミコンなどでは、起動してからの経過時間を疑似乱

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

一度聞いたら忘れられないような印象深いバグというものがある。僕は数値のオーバーフローと聞くと必ずこの2つのバグを思い出してしまう。どちらも面白いエピソードなのでちょっと紹介してみよう。 一つ目は、初代Civilizationにあったバグである。Civilizationは文明間で戦う戦略シミュレーションゲームで、チンギスハンとかエリザベス女王みたいなプレイヤーを選んで、世界制覇か宇宙開発競争での勝利を目指すというゲームだ。 初代Civilizationにあったバグは、非暴力主義のガンジーが突然核攻撃してくるというものだった。原因は文明が民主主義を採用すると攻撃性が2下がるというロジックだった。初代Civではガンジーの攻撃性は全プレイヤー中で最小の1なのだが、ゲームが進んでインド文明が民主主義を採用すると、攻撃性がマイナス2されてオーバーフローで255になり、ガンジーがゲーム中で突如、極度に攻

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