3.4 비교 분석 2: Ada/SPARK의 수학적 증명과 보증 수준

본 절에서는 Ada 및 그 부분집합인 SPARK를 '분석적 도구'로 활용하여, 러스트의 안전성 모델이 시스템 프로그래밍의 안전성 보증 스펙트럼에서 어느 지점에 위치하는지를 기술합니다. SPARK의 '수학적으로 증명된 정확성'과 비교 분석을 통해, 러스트 모델의 공학적 특징과 보증 범위를 탐색합니다. 이 비교는 각기 다른 설계 철학이 선택한 상충 관계를 이해하기 위함입니다.

러스트의 안전성 보증: '정의되지 않은 동작(UB)' 방지

3.2절에서 분석했듯이, 러스트의 핵심적인 안전성 보증은 '소유권'과 '빌림' 규칙을 통해, 컴파일 시점에 정의되지 않은 동작(Undefined Behavior, UB)을 유발하는 메모리 접근 오류 및 데이터 경쟁(data race)을 방지하는 것입니다.

그러나 이 보증은 프로그램의 논리적 정확성(logical correctness)이나, 모든 종류의 런타임 오류(runtime error) 부재를 보증하지는 않습니다. 예를 들어 정수 오버플로, 배열 인덱스 초과 등의 오류는 panic(3.2.3절)으로 이어지며, 이는 시스템의 안정적 '실행' 보장과는 구별됩니다.

Ada/SPARK의 안전성 보증: '프로그램 정확성' 증명

반면, Ada/SPARK 생태계는 더 넓은 범위의 정확성을 목표로 합니다.

1. Ada의 기본 안전성 및 회복력: Ada는 언어 차원에서 타입 시스템과 '계약 기반 설계(Design by Contract)'를 통해 논리적 오류 방지를 시도하며, 정수 오버플로를 포함한 런타임 오류 발생 시 예외(exception)를 발생시키는 것을 기본으로 합니다. 이는 오류 처리 루틴을 통해 시스템이 임무를 지속하게 하는 '회복력(resilience)'을 지향하는 설계입니다. 이는 '회복 불가능한 오류'로 간주하고 스레드를 중단하는 러스트의 panic 철학과 목표점에서 차이를 보입니다.

2. SPARK의 수학적 증명: Ada의 부분집합인 SPARK는 정형 검증(formal verification) 도구를 통해 코드의 논리적 속성을 수학적으로 분석합니다. 이를 통해 런타임 오류(정수 오버플로, 배열 인덱스 초과 등 포함)가 발생하지 않음을 컴파일 시점에 '증명'할 수 있습니다.

오류 처리 설계의 차이: 복구(recover)와 중단(panic)

이러한 기술적 차이는 오류를 다루는 설계 철학에서 기인합니다.

• Ada: 런타임 오류를 '예외'로 취급하여 시스템 복구(recover)를 지원합니다. 이는 오류가 발생하더라도 시스템 전체가 멈추지 않고 가용한 상태를 유지해야 하는 '미션 크리티컬(가용성 중시)' 시스템의 요구사항을 반영합니다.
• Rust: 동일한 오류를 프로그램의 '버그'로 취급하여 해당 실행 흐름을 중단(panic)시킵니다. 이는 잘못된 상태로 실행을 지속하여 발생할 수 있는 2차적인 문제(메모리 오염 등)를 방지하기 위해 '메모리 안전(무결성 중시)'을 우선시하는 설계입니다.

이 차이는 기능의 유무를 넘어, 각 언어가 목표로 하는 시스템의 성격에 따른 설계 목표의 차이를 나타냅니다.

두 언어의 보증 수준 비교

결론: 안전성 스펙트럼에서의 위치

이 비교 분석은 러스트의 안전성 모델이 '안전성' 스펙트럼의 특정 지점에 위치함을 보여줍니다. SPARK가 '수학적 증명'을 위해 개발자의 명시적인 증명 노력(주석, 계약 명시 등)과 전문 도구 활용을 요구하는 반면, 러스트는 일부 보증 범위(UB 방지)에 집중하고 개발자의 학습 곡선(빌림 검사기)을 비용으로 지불하는 방식으로 자동화된 안전성을 제공합니다.

두 기술은 각기 다른 공학적 문제에 대한 해법을 제시하며, 러스트의 안전성을 C/C++만을 비교 대상으로 평가하는 것은 시스템 프로그래밍의 전체 스펙트럼을 파악하는 데 한계를 가질 수 있습니다.