text
У фінансовій сфері кожен день обсяг транзакцій надзвичайно великий, і стабільність системи та безпека є критично важливими для бізнес-операцій. У зв'язку з такими вимогами, команда розробників часто повинна знаходити баланс між "високою продуктивністю" та "легкістю обслуговування". Коли мова заходить про вибір мови програмування, C та Python часто є основними темами обговорення:
C мова забезпечує низькорівневу взаємодію з апаратним забезпеченням, що дає відмінну продуктивність і контроль над ресурсами.
Python, у свою чергу, славиться швидким розробленням, широким вибором пакетів і зручністю читання та написання коду.
Цей звіт надасть огляд різниць, сфер застосування та ризиків безпеки цих двох мов з точки зору "інженера з інформаційної безпеки". Сподіваюсь, він допоможе читачам зробити правильний технічний вибір при роботі з великими проектами або критичними системами.
Глава 1. Фон та мета
1.1 Опис ролі
Область роботи:
Я працюю в фінансовій установі, яка щодня обробляє різні транзакції (перекази, платежі, інвестиції тощо). Будь-яка дрібна помилка в програмному забезпеченні може призвести до великих фінансових або репутаційних збитків. Моя основна задача — проведення перевірки вихідного коду та тестування безпеки, щоб знизити ймовірність наявності вразливостей в коді.
Технічний досвід:
Маю понад десять років досвіду в розробці програмного забезпечення для проміжного рівня, маю досвід управління розгортанням та адмініструванням корпоративних систем на платформах Tomcat, JBoss, IIS, а також проводжу тренінги з безпеки для команд розробників.
Спеціалізація мовами:
Python: використовую в фінансових установах для збору даних, створення веб-скребків, автоматизації внутрішніх інструментів та моніторингу пристроїв IoT.
C: основне використання у низькорівневих системах, вбудованих системах і ядрах високопродуктивних сервісів.
1.2 Мотивація та мета написання
Порівняння основних характеристик Python і C:
Пояснення різниць між цими мовами з точки зору синтаксису, ефективності виконання, безпеки, сфери застосування тощо.
Розгляд безпекових аспектів:
Як інженер з інформаційної безпеки, розгляну основні вразливості та заходи захисту для Python і C.
Практичні рекомендації:
Ділюся досвідом у фінансовій сфері, даючи поради щодо вибору мови програмування для досягнення балансу між продуктивністю системи та ефективністю розробки.
Для навчальних цілей:
Матеріал буде корисним для новачків у розробці, а також для тих, хто працює в суміжних сферах, допомагаючи їм зрозуміти поширені помилки та правильно планувати програмну безпеку.
Глава 2. Огляд мови Python
2.1 Історія розвитку та екосистема
Python був розроблений Гвідо ван Россумом наприкінці 1980-х — початку 1990-х років, і вперше був випущений у 1991 році. Назва мови не пов'язана з тваринами, а є відсилкою до британської комедійної групи "Monty Python".
Ідея дизайну: наголос на читабельності, високому рівні абстракції та простоті написання коду.
text
Велика бібліотека пакетів: має широку та активну спільноту, включаючи наукові обчислення (NumPy, pandas), машинне навчання (TensorFlow, PyTorch), веб-скрепінг (requests, BeautifulSoup, Scrapy) та інші різноманітні застосування.
2.2 Особливості синтаксису
Динамічна типізація
Python не вимагає вказувати тип змінної при її оголошенні, тип визначається під час виконання. Це дозволяє швидше розвивати програму, але може призвести до плутанини з типами даних у великих проектах.
Індентація
На відміну від C або Java, де блоки коду визначаються фігурними дужками {}, Python використовує індентацію (відступи) як частину синтаксису, що підвищує читаємість коду.
Автоматичний збір сміття
Python має вбудований збирач сміття (Garbage Collector), що знижує навантаження на розробників, оскільки немає потреби вручну очищати пам'ять. Однак, якщо програма написана неефективно, можуть виникнути проблеми з продуктивністю або витоками пам'яті (Memory Leak).
Інтерпретоване виконання
Python не компілюється безпосередньо в машинний код, в більшості випадків його виконання здійснюється інтерпретатором. Деякі версії, як-от PyPy, використовують JIT-компіляцію для прискорення виконання, але все одно не досягають швидкості C або C++.
2.3 Основні області застосування
Веб-скрепінг та автоматизація
Python має багатий набір сторонніх бібліотек і фреймворків для написання різноманітних скриптів, інструментів для збору даних, автоматизації задач та обробки великих даних. В фінансових установах Python використовується для моніторингу відкритої інформації, відстеження змін на ринку тощо.
Наука про дані та ШІ
Python практично є основною мовою для аналізу даних та машинного навчання. За допомогою таких пакетів як NumPy, pandas, matplotlib, scikit-learn, TensorFlow можна швидко обробляти великі обсяги даних і тренувати моделі.
Розробка веб-сайтів та серверних систем
Такі фреймворки, як Django та Flask, дозволяють швидко створювати веб-API та серверні системи, що робить їх ідеальними для створення нових продуктів або прототипів концепцій.
Інтернет речей та легкі прототипи
Python використовується для моніторингу пристроїв IoT та створення перших вбудованих прототипів, якщо ресурси апаратного забезпечення це дозволяють.
2.4 Переваги та недоліки
Переваги:
Швидкість розробки: простий синтаксис, легкість у навчанні та підтримці.
Багата екосистема: від веб-скрепінгу до ШІ є готові бібліотеки для всього.
Читабельність: зручний для командної роботи та навчання новачків.
Недоліки:
Низька продуктивність: динамічне інтерпретоване виконання знижує ефективність, тому для задач з високими вимогами до швидкості Python може не бути найкращим вибором.
Управління динамічними типами: в великих проектах потрібно ретельно контролювати структуру коду та типи даних, інакше складно буде підтримувати проект.
text
Управління пам'яттю непрозоре: автоматичний збір сміття іноді може звільняти ресурси в непередбачуваний момент, що ускладнює налаштування.
Третя глава Огляд мови C
3.1 Фон мови
Мова C була розроблена в 1970-х роках Денісом Рітчі в лабораторії Белла для створення операційної системи UNIX.
定位: надає високу ефективність за допомогою доступу до апаратного забезпечення, при цьому зберігаючи легкість підтримки в порівнянні з асемблерними мовами.
Вплив: багато пізніших мов (C++, Objective-C, C# тощо) успадкували структуру і стиль синтаксису C.
3.2 Особливості синтаксису
Статична строгість типів
Усі змінні повинні бути оголошені з визначенням типу та розміру пам'яті, що дозволяє усунути багато потенційних помилок на етапі компіляції. Однак це також ускладнює процес розробки.
Вказівники та операції з пам'яттю
Вказівники є однією з основних характеристик мови C і дозволяють безпосередньо працювати з адресами пам'яті. Ця особливість забезпечує високу продуктивність, але також вимагає обережності через ризик помилок.
Мова компіляції
C компілюється через компілятори (наприклад, GCC, Clang) у машинний код, що дозволяє досягти високої швидкості виконання, ідеально підходить для ситуацій з високими вимогами до ефективності.
Функціональна структура
C використовує функції для визначення блоків коду, а функції та структури даних оголошуються через заголовочні файли .h. Структура зрозуміла, але в порівнянні з сучасними об'єктно-орієнтованими мовами може бути менш гнучкою.
3.3 Типові області застосування
Операційні системи та вбудовані системи
Включаючи Linux Kernel, драйвери, прошивки маршрутизаторів, навіть банкомати активно використовують C для максимальної ефективності використання ресурсів системи.
Високопродуктивні обчислення та великі сервери
Для фінансових торгових систем, стеків комунікаційних протоколів, наукових симуляцій або основ ігрових движків, де потрібна висока пропускна здатність і швидкий відгук, C часто є основним вибором.
Ключові низькорівневі бібліотеки
Багато стандартних або часто використовуваних бібліотек інших мов написано на C або C++, наприклад, деякі з основних модулів Python (основи NumPy).
Інформаційна безпека та зворотний інжиніринг
Оскільки багато шкідливих програм також написано на C, знання цієї мови є необхідним для аналізу шкідливих програм та зворотного інжинірингу.
3.4 Переваги та обмеження
Переваги:
Найвища продуктивність: максимальне використання ресурсів апаратного забезпечення, підходить для високочастотних торгових систем або додатків з низькою затримкою.
Низьке використання ресурсів: після компіляції виконувані файли мають малий розмір, що дозволяє використовувати їх в嵌тому середовищі або обмежених системах.
Статична строгість типів: більшість помилок типів можуть бути виявлені під час компіляції, що знижує ймовірність помилок під час виконання.
Обмеження:
Управління пам'яттю складне: необхідно самостійно керувати виділенням і звільненням пам'яті, що може призвести до витоків пам'яті або помилок доступу.
Вказівники важкі для використання: робота з вказівниками потребує досвіду, інакше є великий ризик помилок.
Триваліший цикл розробки: порівняно з високорівневими мовами програмування, розробка на C зазвичай займає більше часу через необхідність писати більше коду та тестувати його.
text
4.4 Основні відмінності в безпеці
Python:
- Атака через десеріалізацію (Pickle): якщо безпосередньо десеріалізувати ненадійні зовнішні об'єкти, легко отримати ін'єкцію шкідливого коду.
- Ризик з ланцюгом постачання пакунків: на PyPI є безліч сторонніх бібліотек, і при необережному використанні шкідливих пакунків може виникнути проблема з бекдорами або витоком інформації.
- Помилки типів у динамічних типах: у великих проектах, якщо немає належних тестів, помилки типів можуть бути виявлені лише на етапі виконання, що призводить до краху системи.
C:
- Переповнення буфера: часто виникає через необережну обробку рядків (наприклад, через strcpy), що дозволяє зловмиснику вставити шкідливий код.
- Уразливості форматування рядків: якщо зовнішній вхід безпосередньо використовується як форматувальний рядок, зловмисники можуть маніпулювати записом і читанням довільних адрес пам'яті.
- Помилки з вказівниками: доступ до NULL вказівника або висить вказівник можуть призвести до нестабільності або створення безпекових уразливостей.
4.5 Екосистема і підтримка спільноти
Python:
- Має величезну екосистему сторонніх бібліотек, що дозволяє швидко інтегрувати рішення для всього — від аналізу даних до веб-скрапінгу.
-
Динамічне зростання спільноти підтримує оновлення нових технологій та фреймворків дуже швидко.
C: -
Має багатий історичний досвід, з повною підтримкою бібліотек та інструментальних ланцюгів для низькорівневого програмування.
-
Спільнота зосереджена на розробці систем, вбудованих системах та високопродуктивних обчисленнях, з багатими ресурсами, але оновлення відбуваються не так швидко, як у Python.
П’ята глава Огляд ризиків безпеки: точка зору інженера з безпеки
5.1 Поширені ризики безпеки в Python та заходи протидії
text
5.1 Поширені безпекові ризики Python та заходи протидії
Зловмисні пакунки або вразливості версій
Рекомендується належно керувати версіями залежних пакунків і використовувати віртуальні середовища (venv, conda) для ізоляції робочих середовищ.
Регулярно проводьте сканування залежностей та оновлення безпеки, уникаючи використання підозрілих пакунків.
Небезпечна десеріалізація
Уникайте використання Pickle для десеріалізації об'єктів з ненадійних джерел без попередньої перевірки.
Використовуйте більш безпечні формати передачі, такі як JSON, XML, або ізолюйте процес десеріалізації за допомогою механізму sandbox.
Вразливості веб-додатків
Користуючись фреймворками, такими як Django або Flask, важливо забезпечити належний захист від поширених вразливостей, таких як SQL-ін'єкції, XSS, CSRF.
Не забувайте про базові принципи безпеки: валідацію користувацького вводу та контроль доступу.
Непослідовність якості коду
У динамічній типізації, за відсутності анотацій (Type Hints) або тестів, можуть виникнути непередбачувані помилки в ході розширення проекту.
Рекомендується використовувати інструменти для лінтингу (наприклад, flake8, pylint) і статичні інструменти перевірки (mypy, Bandit) на етапі розробки для виявлення потенційних проблем.
5.2 Поширені безпекові ризики C та заходи протидії
Переповнення буфера
Часто виникає через необережне оброблення рядків та масивів, тому важливо перед написанням коду перевірити довжину.
Рекомендується використовувати безпечні функції, такі як strncpy, snprintf, щоб зменшити ризик.
Атака через форматування рядків
Абсолютно не можна передавати ввід ззовні безпосередньо у функцію printf() як форматний рядок.
Використовуйте вказаний формат або спочатку фільтруйте ввід, здійснюючи перетворення типів і перевіряючи їх на безпеку.
Вказівники та управління пам'яттю
Необхідно уважно використовувати функції malloc/free, щоб уникнути втрати вказівників або використання вже звільненої пам'яті.
Інструменти статичного аналізу (наприклад, Clang Static Analyzer) та динамічного аналізу (Valgrind, AddressSanitizer) можуть вчасно виявити проблеми.
Модульність великого проекту
C вимагає більш ретельного планування структури проекту, щоб уникнути складної передачі вказівників та глобальних змінних.
Комбінація рецензування коду та юніт-тестування значно знижує ймовірність виникнення прихованих вразливостей через помилки з вказівниками.
6 Глава: Практичне застосування Python в веб-скрапінгу та IoT моніторингу
6.1 Приклад веб-скрапінгу: інтеграція фінансових даних
У фінансовій установі, де я працюю, часто потрібно збирати публічну інформацію з ринків, обмінних курсів, цін на товари тощо. Python, використовуючи модулі requests та BeautifulSoup для парсингу HTML, дозволяє швидко писати скрипти для збору даних. Переваги:
- Швидка розробка: кілька рядків коду — і дані зібрані, оброблені та збережені в базі даних.
-
Легкість в обслуговуванні: якщо сайт змінює структуру, потрібно лише змінити логіку парсингу або частину коду.
text6.2 Моніторинг операцій IoT: Легке інтегрування
Фінансові установи також мають деякі автоматизовані пристрої, такі як чергові системи, персоналізовані кіоски, системи доступу тощо, що належать до IoT. Використання Python для моніторингу або управління має наступні переваги:
-
Підтримка різних протоколів зв'язку: для таких протоколів, як MQTT, HTTP REST API, існують відповідні бібліотеки Python.
-
З'єднання з хмарними або базами даних: швидко інтегрується з різними базами даних або хмарними сервісами (AWS, Azure).
-
Швидке масштабування або перевірка концепцій: для додавання функцій сповіщень або звітів достатньо встановити відповідні пакети та зробити незначні налаштування.
6.3 Безпекові зауваження
Веб-скрапінг: Перевірка джерела даних
- Уникайте десеріалізації даних з ненадійних зовнішніх сайтів.
- Якщо необхідно аналізувати ці дані всередині, застосовуйте екранування та заходи протидії ін'єкціям.
IoT: Доступ і шифрування
- Уникайте використання незашифрованих методів передачі; необхідно переконатися, що для MQTT або HTTP увімкнено безпечне шифрування (TLS/SSL).
- Якщо інтерфейс управління пристроями захищено лише слабким паролем, це може стати легкою мішенню для хакерів.
7 Глава: Досвід використання C у базових системах та високопродуктивних додатках
7.1 Базові системи: ATM та безпечні компоненти
У деяких фінансових установах ATM та суміжні операційні системи часто працюють на подібних до Unix або Windows Embedded системах, а основні функції часто пишуться на C/C++:
- Прямий контроль за апаратними засобами: зчитувачі карток, механізми видачі грошей та інші компоненти потребують детального контролю за пам'яттю та портами.
- Стабільність та миттєвий відгук: при обробці транзакцій, перевірці балансу або оплаті важливі низька затримка та висока надійність, і C з його високою ефективністю та низьким використанням ресурсів підходить для цього.
7.2 Високочастотна торгівля та обмеження серверної потужності
Для фінансових установ деякі торгові платформи потребують обробки заявок або прийняття рішень у межах мілісекунд:
- C забезпечує максимальну швидкість: після компіляції програма може безпосередньо виконуватися на рівні процесора без необхідності через інтерпретатор.
- Індивідуальні структури даних: можна спроектувати компактне розташування пам'яті відповідно до торгового процесу, що зменшує непотрібні витрати та максимізує пропускну здатність.
- Високі вимоги до безпеки: оскільки суми та обсяги торгів великий, код повинен пройти ретельний аудит і тестування. C може викликати вразливості через вказівники, але при належному плануванні можливо досягти мінімальних помилок.
7.3 Комбінація з іншими мовами
На практиці не всі системи пишуться лише на C або Python; часто застосовуються найкращі якості обох:
- Основне ядро на C: для обробки критичних процесів (таких як розрахунки фінансів або миттєве парування торгів) забезпечує стабільну та швидку роботу.
- Зовнішні додатки на Python: для реалізації інтерфейсів управління, генерації звітів, аналізу даних, інструментів моніторингу, що дозволяє швидко розробляти рішення.
text
## 8.1 Баланс ефективності та безпеки
### Оцінка системи
Якщо мова йде про основні фінансові транзакції, керування банкоматами, ядра операційних систем, де важлива максимальна ефективність, C залишається основним вибором.
Якщо головний акцент на обробці даних, аналізі або швидкому розробці, Python буде ідеальним варіантом.
Контроль безпеки
Python слід ретельно контролювати за управлінням бібліотеками та ризиками, пов'язаними з десеріалізацією; C ж вимагає особливої уваги до безпеки використання вказівників та буферів.
Інтеграція автоматизованих перевірок безпеки, оглядів коду та тестування в CI/CD процес може допомогти виявити проблеми на ранніх етапах.
8.2 Стратегія змішування
Розподілення рівнів сервісу
Напишіть основні обчислювальні сервіси або загальні бібліотеки на C, а Python використовуйте для вищого рівня логіки, інтерфейсів користувача та модулів для аналізу даних.
Архітектура Microservices
За допомогою сервісних сіток або контейнеризації (Docker, Kubernetes), різні мовні сервіси можуть взаємодіяти між собою, обмінюючись необхідними даними.
FFI (інтерфейси зовнішніх функцій) або API
Python може викликати функції C через такі інструменти, як ctypes, cffi або SWIG; в той час як C може взаємодіяти з Python через сокети або RESTful API.
8.3 Оцінка команди та циклу розробки
Маленька команда, короткий цикл
Python дозволяє швидко створювати прототипи і здійснювати їх ітерації, економлячи час і ресурси.
Велика організація, довгий цикл
Якщо бізнес-логіка складна і вимагає тривалого підтримування, можна використовувати комбінацію C (для основних функцій) і Python (для даних або автоматизації), що забезпечить баланс між підтримкою та ефективністю.
9 Глава: Підсумки: не єдиний вибір, а найкраща комбінація
Підсумовуючи вищезазначене, можна сказати, що як C, так і Python мають свої переваги:
C:
Незамінний у досягненні максимального ефекту, керуванні апаратним забезпеченням, вбудованих системах та високочастотних торгових системах. Здатність безпечно та стабільно реалізовувати задачі залежить від досвіду інженера у роботі з управлінням пам'яттю та вказівниками.
Python:
Незамінний у сфері обробки даних, веб-скрапінгу, автоматизації та розробці прототипів. Велика екосистема дозволяє швидко збирати різні функціональності, але слід уважно слідкувати за динамічною типізацією та ризиками, пов'язаними з використанням бібліотек.
Як фахівець з безпеки в одній із фінансових установ, я завжди наголошую:
- Немає абсолютно ідеальної мови програмування: необхідно оцінювати «потреби в ефективності», «вимоги безпеки», «знання команди» тощо.
- Змішаний технологічний стек: у великих проектах часто застосовуються кілька мов, де C відповідає за критичні і ядрові обчислення, а Python – за гнучкість і швидку розробку.
text
## Постійний огляд безпеки: навіть найбезпечніші мови можуть мати помилки, тому необхідно поєднувати статичний аналіз, динамічне тестування, перевірку безпеки програм та навчання персоналу, щоб забезпечити найкращу якість програмного забезпечення.
Джерела інформації
Офіційна документація Python:
https://docs.python.org/3/
Стандарт мови C (ISO/IEC 9899):
https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/
Інструменти для безпеки Python і тестування:
Bandit: безпекова перевірка коду Python
mypy: статичний аналіз типів
Інструменти для перевірки коду C:
Valgrind, AddressSanitizer: динамічне тестування пам'яті
Clang Static Analyzer: статичний аналіз під час компіляції
Посилання на безпечне програмування:
CERT Secure Coding Standards
OWASP Top 10
CWE (Common Weakness Enumeration)
Перекладено з: Python 與 C 淺談：資安打工人的實務經驗與應用建議