# 140 — 명세 묶음: 세상의 명세가 aup에서 처음 부딪치는 곳

2026-10-13. [026](../design/026-app-contract.md)은 1.0에서 얼릴 앱 계약을 적었다. 이 연구는 다시 세울 쪽인 계산의 언어를 잴 도구를
세운다. 분야마다 명세 하나를 골라 묶음을 만들고, 오늘의 aup가 각 명세의 첫 줄에서 무엇에 막히는지를 작은 프로그램으로 확인했다.

사용자의 말: "세상의 그 어떤 명세와 개념이든 pure 생태계(vega, aup포함)에서 구현을 가장 유연하고 견고하게 해내야해. 추상화와 input
-> output으로 가는 과정은 얇고 직관적이고 빠르게." (2026-10-13)

## 쉬운 말로

- **알아낸 것.** 지금의 aup로는 묶음의 명세 대부분을 첫 줄에서 쓸 수 없다. 탐침 열 개로 확인했다. 막는 것은 여섯 가지다.
  - 바이트의 i번째를 읽지 못한다.
  - 비트 연산(xor, and, shift)이 없다.
  - 레코드 안에 레코드나 리스트를 둘 수 없다.
  - 재귀가 컴파일 오류다.
  - 갈래 타입(이것 아니면 저것)이 없다.
  - text의 글자를 하나씩 읽지 못한다.
- **우회는 있지만 얇지 않다.** 모두 "얇고 직관적"에 어긋나고, 명세의 개념이 언어의 개념에 바로 놓이지 않는다.
  - 바이트는 메시지의 행(수의 리스트)으로 받는다.
  - 비트 연산은 `floor`와 `%`의 반복으로 한다.
  - 트리는 부모 키를 가진 평평한 리스트로 둔다.
  - 재귀는 이벤트의 리스트로 짠 스택으로 한다.
  - 한 번의 타이머는 주기 틱과 `now`로 흉내 낸다.
- **되는 것.** 관계 질의(TPC-C, 은행 질의), 그래프(BFS), 텍스트 편집과 커서, 주기 타이머다. 지금의 패턴이 덮는 곳이다.
- **아직 모르는 것.** 핵을 다시 세운 뒤 명세마다의 줄 수와 시간이다. 수치 막대는 첫 구현을 잰 뒤에 정한다. 막대가 설 수 있는지
  셈부터 하고, 막대를 먼저 세우지 않는다.
- **근거.** aup 컴파일러의 실제 진단(아래 표)과 aup·Pure 설계 문서의 연산 목록이다. 시간은 재지 않았다.
- **직접 확인할 것.** `research/experiments/044-specs/run.sh`가 탐침을 컴파일하고 진단을 낸다.
- **다음 결정.** 계산의 핵을 설계한다. 여섯 가지와 고정 한도, 상수 시간 암호가 핵이 받아야 할 최소의 후보다.

## 묶음

명세를 구현하는 것과 Pure가 그것을 내부에 받아들이는 것은 다르다.
- DNS, JSON, HTTP는 경계의 명세이고, 하이브리드로 남는다.
- SHA-256과 Unicode는 수학이거나 세상의 자료다.
- 배치는 Vega의 일이다.
- 묶음이 재는 것은 "세상의 명세를 Pure 생태계에서 얇게 쓸 수 있는가"이다.

| # | 명세 | 분야 | 처음 필요한 것 | Pure 안의 검증 | 오늘 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | DNS 메시지(RFC 1035) | 와이어 프로토콜 | 바이트 읽고 쓰기, 빅엔디언, 비트 필드, 이름 압축(바이트 안의 참조) | 알려진 구현이 만든 질의·응답 바이트와 대조 | 못 쓴다(바이트, 비트) |
| 2 | SHA-256(FIPS 180-4) | 해시 | 32비트 낱말, 회전, xor | NIST CAVP의 SHA 벡터 | 우회로만 될 것으로 보인다(써 보지 않음) |
| 3 | inflate(RFC 1951) | 압축 | 비트 읽기, 허프만 표, 뒤 참조 | zlib로 압축한 말뭉치를 풀어 원본과 비교 | 못 쓴다(바이트, 비트) |
| 4 | JSON(RFC 8259) → 트리와 질의 | 깊이를 모르는 데이터 | 글자 읽기, 중첩, 재귀, 갈래 | JSONTestSuite | 못 쓴다(글자, 중첩, 재귀, 갈래) |
| 5 | UTF-8과 줄 나누기(UAX #14) | 텍스트 | 바이트, 코드 포인트, 속성 표 | Unicode의 `LineBreakTest.txt` | 못 쓴다(글자) |
| 6 | 관계 질의, 그래프 탐색 | 데이터 모델 | 리스트, 키, 접기, 이벤트의 리스트 | TPC-C, 은행 질의, 파이썬 모델 | 된다(기준선: [092](092-tpcc.md), 040의 은행 질의, aup `routes.aup`) |
| 7 | 텍스트 편집 | UI 개념 | text, 커서 | 편집기의 참조 모델 대조(aup `make check`) | 된다 |
| 8 | 상자 배치(flex 같은) | UI 개념 | 중첩, 재귀 | 기존 배치 구현(Yoga, Taffy)의 결과와 대조 | 못 쓴다(중첩, 재귀) |
| 9 | HTTP/1.1 요청을 패킷마다(RFC 9112) | 스트림의 상태 기계 | 바이트, 이벤트를 넘는 상태 | 경계를 아무 데서나 자른 요청 모음 | 못 쓴다(바이트). 지금은 `serve/`의 C다 |
| 10 | 재시도, 물러서기, 시간 제한 | 시간 | 시각, 한 번의 타이머 | 시각을 준 시뮬레이션 | 우회(주기 틱 `every`와 `now`) |
| 11 | X25519, ChaCha20-Poly1305 | 상수 시간 암호 | 데이터에 따라 달라지지 않는 시간 | RFC 7748, RFC 8439의 벡터 | aup 밖(설계상, 아래) |

**11은 핵의 원시 연산으로 둔다(가설).** 실행기의 시간은 데이터에 따라 달라진다. 묶음 실행기도 결함이 나면 묶음을 처음부터 실행기로
다시 돈다. 그래서 상수 시간을 언어로 약속하기 어렵다. 지금도 암호는 `link/`의 C와 OpenSSL에 있다.

## 기준 (명세마다)

1. **쓸 수 있다.** aup와 Pure만으로 쓴다. 코어에 C를 더하지 않는다.
2. **우회가 없다.** 명세의 개념이 언어의 개념에 바로 놓인다. 바이트는 바이트이고 트리는 트리다.
3. **얇다.** 줄 수를 깔끔한 참조 구현(파이썬)과 견준다.
4. **빠르다.** 시간을 C의 참조 구현과 견준다. 막대는 첫 구현을 잰 뒤 정한다.
5. **견고하다.** 위 표의 검증을 모두 지나고, 예산 안에서 끝나고, 세 기계(Pi, WSL2, Mac)에서 같은 답을 낸다. 검증은 Pure의
   검사(`make check`) 안에서 돈다. 이것이 Pure 생태계 안의 표준이다.

**쌓임을 막는 규칙.** 핵에는 묶음의 명세 둘 이상이 필요로 하는 것만 넣는다. 하나만 필요로 하는 것은 라이브러리다. 지금의 명령
90개가 판마다 패턴 하나씩 쌓인 길(026)을 다시 걷지 않기 위해서다.

## 탐침

명세가 처음 필요로 하는 것을 가장 작은 aup 프로그램으로 써서 컴파일했다(aup `build/aup`, 2026-10-13). 원본은
`research/experiments/044-specs/probes/`, 출력은 `2026-10-13-probes.tsv`다.

| 탐침 | 쓴 것 | aup의 진단 |
|---|---|---|
| `p1-byte` | `packet.data[0]`(bytes 필드의 첫 바이트) | `expected newline or semicolon` |
| `p2-bits` | `(h ^ word.w) << 3` | `unexpected character '^'` |
| `p2b-bits` | i64의 `h & word.w` | `unexpected character '&'` |
| `p3-nested` | 레코드 안의 `children: list of Node` | `expected a numeric field default` |
| `p3b-nested` | 레코드 안의 `at: Point` | `a field is a number …, a bool …, text … or an i64` |
| `p4-rec` | 자신을 부르는 `fn depth(n)` | `fn 'depth' calls itself` |
| `p5-chars` | `for c in line.t` | `unknown list 'line.t'` |
| `p5b-chars` | `line.t[0]` | `expected newline or semicolon` |
| `p5c-cursor` | 커서 자리의 글자 `note.char(at)` | `unknown library 'note'` |
| `p6-variant` | `state x: Leaf \| text` | `unexpected character '\|'` |

진단이 아니라 연산 목록에서 확인한 것도 있다.
- Pure의 명령에 바이트를 자리로 읽거나 쓰는 것이 없다. 바이트 값에는 `LEN`과 text 변환(`TEXT_FROM`, `BYTES_FROM`)뿐이다(008).
- text에는 길이(`.chars`, `.lines`, `.bytes`), 커서가 있는 줄(`TEXT_LINE`), 넣기와 지우기, 비교, 잇기가 있고, 글자 하나를 읽는 것은
  없다(aup 002).
- 고정 한도가 형식에 있다: 상태 32, 입력 32, 레코드 16, 레코드의 필드 16, 키별 컬렉션 1, 모듈의 코드 65,535 명령(`core/module.h`).
  fn은 부르는 곳마다 인라인되므로, 큰 명세의 구현은 코드 한도에 먼저 닿을 수 있다.

## 핵이 받아야 할 최소 (가설)

| 후보 | 그것을 필요로 하는 명세 |
|---|---|
| 바이트를 자리로 읽고 쓰고 자르기 | 1, 2, 3, 5, 9 |
| 정수의 비트 연산(and, or, xor, shift, rotate) | 1, 2, 3 |
| 중첩(레코드 안의 레코드와 리스트) | 4, 8 |
| 갈래(합 타입) | 4, 8, 9(파서의 상태) |
| 재귀(깊이를 실행량과 메모리 예산에 센다) | 4, 8 |
| text를 글자의 열로 읽기 | 4, 5 |
| 뜻에서 구현의 숫자 빼기(고정 한도) | 3, 4, 5(표의 크기) |
| 상수 시간 암호의 원시 연산 | 11과 링크 |

**재귀는 끝남과 결정성을 깨지 않는다.** 이벤트가 끝나는 것을 실제로 보증하는 것은 문법(상한 있는 반복, 재귀 금지)이 아니라
예산이다. `for i in 0 .. 1e15`가 어느 기기에서나 같은 자리에서 `work`로 멈추는 것도 예산 덕이다. 재귀도 그 깊이를 실행량과
메모리에 세면 같은 보증 아래 둘 수 있다. 끝이 없는 일(스트림, 긴 계산)은 이벤트마다 상한 있는 걸음 하나를 하고, 이어갈 자리를
상태에 둔다(9가 그 꼴이다). 이 가설이 맞다면 aup의 제한 일부는 불변의 핵이 아니라, 패턴을 모으던 때의 안전장치다. 핵 설계에서
확인한다.

## 의심

- **text와 바이트를 따로 둘 것인가?** text는 "UTF-8로 검사한 바이트"의 한 견해일 수 있다. 4와 5가 같은 열을 다른 단위(바이트,
  글자)로 읽는다.
- **리스트, 키 있는 리스트, 인덱스, 커서를 하나로 모을 수 있는가?** 026의 3번 의심과 같다. 중첩이 들어오면 리스트는 값이 되고, 키와
  앵커는 그 위의 견해가 될 수 있다.
- **메시지의 행은 중첩의 땜질인가?** 레코드의 리스트를 메시지에만 허락한 것은 중첩이 없어서 낸 길로 보인다. 중첩이 들어오면 따로 둘
  까닭이 없다.

## 027의 1단계: SHA-256 (2026-10-13)

[027](../design/027-computation-core.md)의 1단계를 만들었다.
- **Pure.** 명령 넷이다.
  - `I64_BITS`: and, or, xor, 두 시프트. `~x`는 xor −1이다.
  - `BYTE_AT`: 자리의 바이트.
  - `BYTES_OF`: i64 리스트의 바이트.
  - `INDEX_AT`: 자리의 항목. 끝을 넘으면 멈춰 서지 않고 `not_found`다.
- **aup.**
  - 16진 리터럴, 파이썬의 우선순위를 따르는 비트 연산자, `b[i]`
  - `list of i64`(`number`, `bool`, `text`)와 그 리터럴, 자리로 읽고 쓰기, `bytes(xs)`
  - 한 번에 주기 `a, b = x, y`와 `let a, b = …`
- **SHA-256.** aup의 `examples/sha256.aup`에 썼다.

**맞음.** 공식 벡터를 Pure 안에서 돌려 맞는지 본다.
- 대조한 메시지는 142개다: FIPS 180-2의 예 넷("", "abc", 448비트, 896비트), 채움의 모든 경계를 덮는 길이 0–129, 255–32,000바이트.
- 다이제스트가 세 실행 길(묶음, 실행기만, 기계어)과 기본 길에서 모두 `hashlib`와 같다.
- 이 대조는 Pure의 `make check`(`module_assumptions`, 메시지 135개)에 들어갔다.
- aup의 검사에는 다음이 들어갔다.
  - 진단 12건
  - 받아들이는 꼴 하나
  - 무작위 비트 식 192개: 사건 768개, 그중 넘침과 한도 실패 196개가 파이썬의 정수와 같다
  - 바이트와 리스트의 앱 하나
- Pure 단위 시험(`bits_and_bytes`)은 비트 연산의 끝값 27개, 바이트 읽기 11개, 거절 7개를 본다.

**막대.**

| 막대 | 잰 것 | |
|---|---|---|
| 공식 벡터 모두 | 142/142, 세 길 | 지남 |
| 줄 수 ≤ 파이썬 참조 | aup 52줄(닫는 괄호만인 줄 7) 대 파이썬 28줄 | **못 미침** |
| C 대비 시간 | 65,536바이트에서 바이트당 1,591 ns 대 C 9.0 ns: **176배**. 순수 파이썬은 3,708 ns(Pure가 2.3배 빠름) | 기록(막대 없음) |
| 실행기만의 길, 다섯 일의 명령 ±0.1% | matmul +0.43%, BFS −0.34%, 나머지 셋 ±0.03% | **못 미침**(아래) |
| 은행 질의의 명령 ±1% | 질의 일곱 개가 −0.22%에서 0.00% | 지남 |

원본: `research/experiments/044-specs/`
- `check.py`: 맞음과 줄 수
- `time.c`: 같은 바이트로 C와 견준 시간. 다이제스트가 같아야 잰다.
- `sha256.py`: 파이썬 참조
- `2026-10-13-sha256.jsonl`: 잰 수

**기존 일의 명령 수.**
- 비교 대상은 b21(338c665)과 b22(41a2e5c)다. 워크로드 모듈은 두 빌드에서 바이트까지 같다(aup의 새 문법은 옛 소스의 코드를 바꾸지
  않는다). 그래서 차이는 실행기의 코드에서만 온다.
- 실행기만의 길(PURE_BATCH=0):
  - knapsack, roots, join은 +0.02%, 0.00%, +0.02%다.
  - matmul은 +0.43%, BFS는 −0.34%다. 부호가 엇갈리므로 일이 아니라, `step`에 경우 넷을 더해 컴파일러가 코드를 다르게 짠 것이다.
  - 묶음의 길도 −0.36%에서 +0.14%다.
- 그 넷을 인라인되지 않는 함수 하나로 빼 보았다(b23). 실행기만의 길에서 명령이 6–15% 늘었다(roots +15.4%, matmul +11.1%,
  BFS +6.3%). `step` 안에서 `frame`을 넘기는 호출 하나가 실행기 전체의 값을 메모리로 밀어내는 절벽이다. 그래서 되돌리고 인라인의
  꼴을 둔다. 막대(±0.1%)에는 못 미친 채로 적는다.
- 은행 질의(s21 대 s22, 각 두 번)는 −0.22%에서 0.00%다. 막대(±1%) 안이다.
- 원본: `041-batches/2026-10-13-counts.jsonl`(b21, b22, b23), `040-against-c/2026-10-13-counts-s22.jsonl`.

**줄을 길게 한 것.** 처음 쓴 것은 72줄이었다. 한 번에 주기가 없어서 상태 여덟 개를 옮기는 데만 24줄이 들었다. 그것을 1단계에
넣어(싸고 범용이다) 52줄이 됐다. 남은 차이는 다음이다.
- 형식 지정이 없다. 16진 다이제스트에 7줄이 들었고, 파이썬은 `f'{x:08x}'` 한 줄이다.
- 바이트를 잇거나 자르지 못한다. 채움에 fn 하나와 바이트마다의 조건이 들었고, 낱말 만들기에 5줄이 들었다. 파이썬은 `data + b'\x80' + …`와
  `int.from_bytes` 한 줄씩이다.
- 리스트를 값으로 짓지 못한다. 메시지 스케줄을 블록마다 다시 만들지 못하고, 64칸을 미리 채워 덮어쓴다.
- `let`의 리스트는 핸들러 맨 바깥에만 둔다. 그래서 해시값을 리스트 대신 이름 여덟 개에 두었다.
- 닫는 괄호의 줄이 7줄이다.

앞의 넷은 값의 일이라 2단계에 넣는다. 027의 2단계에 형식 지정(16진, 자릿수), 바이트 잇기와 자르기, 값으로서의 리스트를 더한다.

**시간이 가는 곳.** 블록 하나에 Pure 명령 19,129개가 든다.
- 비트 연산이 21%다.
- fn 호출의 몫(인자를 꺼내는 PICK 16%, 리터럴 CONST 16%, 시프트 수를 바꾸는 I64_FROM 7%)이 39%다.
- `rotr(x, 7)`의 7은 상수인데도 fn을 펼칠 때 접히지 않아, `32 - n`을 매번 수로 계산하고 i64로 바꾼다. 인라인에서 리터럴 인자를 접으면
  명령의 3분의 1 남짓이 줄 것으로 본다. 컴파일러의 구현 일이다.
- 명령 하나에 약 5.3 ns가 든다. 값의 칸(`Slot`)이 바이트 참조를 함께 들어 PICK마다 48바이트를 옮기는 꼴이다.
- 기계어 계층은 이 루프를 빠르게 하지 못했다. `PURE_JIT=all`이어도 시간이 같다. 새 명령마다 실행기의 걸음을 불러서다.
- 바이트와 비트의 일을 빠르게 하는 것은 핵이 선 뒤의 일이다(027). 그 과녁은 이제 수치 루프가 아니라 이런 일이다.

## 착수 기준 (다음 일)

- **바꿀 결정.** 계산의 핵을 설계한다(027). 위 표의 여덟 후보 가운데 무엇을 어떤 모양으로 받을지 정한다.
- **남은 질문.**
  - 핵을 일반화해도 은행 질의와 TPC-C가 그대로인가?
  - 바이트와 비트 일의 시간이 C와 얼마나 떨어지는가? 지금 그런 일은 실행기로 돈다.
- **최소 확인.** 핵의 첫 꼴로 2(SHA-256)와 4(JSON)를 먼저 쓴다. 둘이 탐침 여섯을 모두 덮는다: 2는 바이트와 비트, 4는 글자, 중첩,
  재귀, 갈래다. 공식 벡터를 지나는지, 줄 수, C 대비 시간을 잰다.
- **중단 기준.** 한 명세만 필요로 하는 원시 연산이 핵에 들어가야 하면 멈추고 라이브러리 길을 찾는다. 일반화한 핵에서 은행 질의의
  명령 수가 1%, TPC-C가 3%를 넘게 나빠지면 026의 중단 기준을 따른다.