ssa packageを用いたSpannerにおける現在時刻誤用の静的検出 (Go Night Talks - After Conference)

2025/10/14 Go Night Talks - After Conference で発表した内容です
https://mercari.connpass.com/event/367075/

Transcript

1. 1 ssa packageを用いたSpannerにおける 現在時刻誤用の静的検出 2025/10/14 Go Night Talks - After Conference @kobaryo
2. 2 • 2024年にメルペイに新卒入社 
 • 残高管理基盤を扱うBalance Team の バックエンドエンジニア 
 • 静的解析とプログラム検証に興味が 
 あります
 @kobaryo（小林 亮太） 

3. 3 注意 • 本内容は業務で用いていません • 実プログラムを対象とした検証はまだあまりできていません ◦ 本手法では検出できない場合があるかもしれません
4. 4 Spannerにおける現在時刻誤用 Outline ssa packageによるデータフローの追跡 2 1
5. 5 Spannerにおける現在時刻誤用 Outline ssa packageによるデータフローの追跡 2 1
6. 6 Spanner Google Cloudが提供する分散DB • External Consistency [1] を満たしている ◦ トランザクションT1の完了後にT2が始まると、T1のcommit timestampよりT2のcommit timestampが後になる
7. 7 allow_commit_timestamp オプション [2] このオプションがある列にはSpannerのcommit timestampを 入れることができる • commit timestampの順序からトランザクションの順序が復元 できるので、 changelogを作るのに役立つ mutation := spanner.Insert("document_histories", []string{"id", "document_id", "delta", "timestamp"}, []any{id, doc.id, delta, spanner.CommitTimestamp}) _, err := db.client.Apply(db.ctx, []*spanner.Mutation{mutation})
8. 8 Spannerにおける現在時刻誤用 誤ってspanner.CommitTimestampではなくtime.Now()を入 れると......？ → エラーになったりならなかったりする • commit timestampより未来の時刻を入れることが できないため、サーバーとSpannerの時刻のずれの 度合いによって発生したりしなかったりする spanner: code = "FailedPrecondition", desc = "Cannot write timestamps in the future …
9. 9 静的に検知したい理由 エラーは時刻のずれによって発生し、発生するかどうかが 非決定的だから • time.Now()とSpannerへの挿入との間に処理があると、その 処理時間によってエラーが発生する確率がいくらでも 変わりうるため、本番環境で初めて発覚する可能性もある
10. 10 今回の検証対象プログラム var now time.Time if isNow { now = time.Now() } else { now = time.Date(2020, 1, 1, 0, 0, 0, 0, time.UTC) } _, err := client.Apply(ctx, []*spanner.Mutation{ spanner.Insert("Users", []string{"name", "created_at"}, []interface{}{"Alice", now}, ), }) return err isNowはtrueかfalseか 分からない time.Now()の可能性が あるので、検知したい
11. 11 素朴なアイデア var now time.Time if isNow { now = time.Now() } else { now = time.Date(2020, 1, 1, 0, 0, 0, 0, time.UTC) } _, err := client.Apply(ctx, []*spanner.Mutation{ spanner.Insert("Users", []string{"name", "created_at"}, []interface{}{"Alice", now}, ), }) return err nowはtime.Now()の返り値なのでマーク マークしたnowが Spannerに挿入されるの で検知 time.Now()の結果が伝わる変数を辿って いき、Spannerに挿入されるかをチェック
12. 12 Spannerにおける現在時刻誤用 Outline ssa packageによるデータフローの追跡 2 1
13. 13 ssa package [3] GoプログラムのSSAを提供するpackage • SSA（静的単一代入） : プログラムの中間表現の一つで、各変 数への代入が一つになる形式 ◦ Goにはポインタがあるので、同じ変数でも代入なしで値が変 わる可能性がある • 変数の定義や使用がシンプルになるので、値がどのように 伝わっていくか追いやすい
14. 14 SSAへの変換例 func abs(x int) int { if x < 0 { x = -x } return x } 0: t0 = x < 0:int if t0 goto 1 else 2 1: t1 = -x jump 2 2: t2 = phi [0: x, 1: t1] #x return t2 func abs(x int) int: xへの再代入は新しい 変数への代入に変換 分岐に応じてt2に 代入される値が変わる
15. 15 ssa packageを用いたデータフローの追跡 アプローチ time.Now()の返り値をマークして、マークした変数が影響す る変数をまたマークする、という操作を繰り返す 目的 time.Now()の結果が伝わる変数を辿っていき、Spannerに挿 入されるかをチェック
16. 16 検証対象の SSAへの変換 var now time.Time if isNow { now = time.Now() } else { now = time.Date(2020, 1, 1, 0, 0, 0, 0, time.UTC) } _, err := client.Apply(ctx, []*spanner.Mutation{ spanner.Insert("Users", []string{"name", "created_at"}, []interface{}{"Alice", now}, ), }) return err 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 1: t0 = time.Now() jump 2
17. 17 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 time.Now()の返り値をマー クして、マークした変数が影響 する変数をまた マークする、という操作を繰り 返す
18. 18 データフローの追跡例 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 1: t0 = time.Now() jump 2 t0 = time.Now() time.Now()の返り値なの で、t0をマーク
19. 19 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 t1 = phi [1: t0, 3: t20] t1にはt0かt20が代入される ため、t1をマーク
20. 20 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 t12 = make interface{} <- time.Time (t1) t12にはt1を値として持つ interface{}のインスタンス となるため、t12をマーク
21. 21 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 *t11 = t12 ポインタt11の指す先がt12 となるため、t11をマーク
22. 22 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 t11 = &t8[1:int] t8の1番目の要素がt11を 指すので、t8をマーク
23. 23 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 t13 = slice t8[:] t13は配列t8をsliceにした ものなので、t13をマーク
24. 24 2: t1 = phi [1: t0, 3: t20] #now t2 = new [1]*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Mutation (slicelit) t3 = &t2[0:int] t4 = new [2]string (slicelit) t5 = &t4[0:int] *t5 = "name":string t6 = &t4[1:int] *t6 = "created_at":string t7 = slice t4[:] t8 = new [2]interface{} (slicelit) t9 = &t8[0:int] t10 = make interface{} <- string ("Alice":string) *t9 = t10 t11 = &t8[1:int] t12 = make interface{} <- time.Time (t1) *t11 = t12 t13 = slice t8[:] t14 = single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Insert("Users":string, t7, t13) *t3 = t14 t15 = slice t2[:] t16 = (*single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.Client).Apply(client, ctx, t15, nil:[]single_func/vendor/cloud.google.com/go/spanner.ApplyOption...) t17 = extract t16 #0 t18 = extract t16 #1 return t18 1: t0 = time.Now() jump 2 データフローの追跡例 0: if isNow goto 1 else 3 3: t19 = *time.UTC t20 = time.Date(2020:int, 1:time.Month, 1:int, 0:int, 0:int, 0:int, 0:int, t19) time.Time jump 2 t14 = …/spanner.Insert( "Users":string, t7, t13 ) t14はt13を引数とした spanner.Insertのため、 検知！！ 本当はspanner.Applyまで辿る必要 があるが、今回は省略
25. 25 一般化 今回のユースケースに限らず、特定の値が特定の変数 /引数に 伝わっているかを同様にチェックすることができる • やっている人を見かけないので必要なユースケースが少ないか、 もっと良い方法が他にあるのかもしれない......
26. 26 実装 https://github.com/artoy/nowdet2 • 現在は一つの関数に閉じた範囲のチェックのみサポート • 複数関数・packageに跨いだチェックは実装中
27. 27 まとめ • Spannerのallow_commit_timestampである列には time.Now()を入れてはいけない • ssa packageを用いることで特定の値がどのように伝わるか 追跡できる ◦ マークした変数が影響する変数をマークする 、という 操作を繰り返す ◦ このアプローチ自体はSpannerに限った話ではなく、 汎用的
28. 28 参考文献 [1] Spanner: TrueTime and external consistency https://cloud.google.com/spanner/docs/true-time-external-consistency. （2025-10-14 参照） [2] Commit timestamps in GoogleSQL-dialect databases. https://cloud.google.com/spanner/docs/commit-timestamp. （2025-10-14 参照） [3] ssa package. https://pkg.go.dev/golang.org/x/tools/go/ssa. （2025-10-14 参照）
29. 29 Appendix
30. 30 他の方法でチェックできないの？ • 型でチェックできない？ ◦ spanner.CommitTimestampもtime.Time型 • 値をバリデーションしてspanner.CommitTimestampしか入れ ないようにできる？ ◦ allow_commit_timestampでも過去の時間は入れられる ため、そのようなユースケースがあると困る • time.Now()をgrepすれば十分？ ◦ allow_commit_timestampでない列も混ざっていると time.Now()を使いたくなる
31. 31 追跡するって具体的にどうするの？ • Xフィールドで右辺の変数を取得したり、Referrersメソッドを使って変 数を参照している命令を探したりします ◦ ポインタがあって後から値が変わるため上から見ていくという愚直 な方法は使えないが、ssa packageが便利なメソッドを色々用意し てくれてるので便利