Rustメモリ安全設計とCISA/NSA推奨アーキテクチャ解説 重大な脆弱性の約70%を「動かす前の設計検査」で防ぎ、小さなサーバーで軽快に動き続ける理由

#![forbid(unsafe_code)]

#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq)]
pub enum StreamInspectionVerdict {
    BenignKnownFormat,
    BenignStructuredData { entropy_bits: f64, chi_square: f64 },
    SuspectedCipherstreamFreeze { entropy_bits: f64, chi_square: f64 },
}

/// 既知の正当な圧縮・メディアフォーマット（PNG, PDF, ZIP/Office XML）のマジックバイト判定
fn has_benign_magic_header(buf: &[u8]) -> bool {
    if buf.len() < 4 {
        return false;
    }
    matches!(
        &buf[0..4],
        [0x89, b'P', b'N', b'G'] | [b'%', b'P', b'D', b'F'] | [b'P', b'K', 0x03, 0x04]
    )
}

/// 4096バイト等のI/Oブロックに対し、シャノンエントロピー H(X) とピアソン χ² 値を計算して暗号化を検知
pub fn inspect_write_block_for_ransomware(buf: &[u8]) -> StreamInspectionVerdict {
    if buf.is_empty() || has_benign_magic_header(buf) {
        return StreamInspectionVerdict::BenignKnownFormat;
    }

    let mut counts = [0u32; 256];
    for &b in buf {
        counts[b as usize] += 1;
    }

    let n = buf.len() as f64;
    let expected = n / 256.0;
    let mut entropy_bits = 0.0_f64;
    let mut chi_square = 0.0_f64;

    for &c in &counts {
        if c > 0 {
            let p = (c as f64) / n;
            entropy_bits -= p * p.log2();
        }
        let diff = (c as f64) - expected;
        chi_square += (diff * diff) / expected;
    }

    // AES-CTR / ChaCha20 等の暗号ストリームは H(X) > 7.95 かつ χ² が自由度255の一様分布区間に入る
    if entropy_bits > 7.95 && (180.0..=310.0).contains(&chi_square) {
        StreamInspectionVerdict::SuspectedCipherstreamFreeze {
            entropy_bits,
            chi_square,
        }
    } else {
        StreamInspectionVerdict::BenignStructuredData {
            entropy_bits,
            chi_square,
        }
    }
}