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构建一个安全的 JavaScript 沙箱

2016-08-26 19:58 前端大全

(点击上方公众号,可快速关注)


作者: 小胡子哥(@Barret李靖 )

链接:http://www.barretlee.com/blog/2016/08/23/javascript-sandbox/


在 Node.js 中有一个模块叫做 VM,它提供了几个 API,允许代码在 V8 虚拟机上下文中运行,如:


const vm = require('vm');

const sandbox = { a: 1, b: 2 };

const script = new vm.Script('a + b');

const context = new vm.createContext(sandbox);

script.runInContext(context);


vm.Script 中的代码是预编译好的,通过 vm.createContext 将代码加载到一个上下文环境中,置入沙箱(sandbox),然后通过 script.runInContext 执行代码,整个操作都在封闭的 VM 中进行。这是 Node.js 提供给我们的便捷功能,那么,在浏览器环境中呢?是否也能做到将代码运行在沙箱中?本文带着大家来探索一番。


代码编译工具


邪恶的 eval


eval 函数可以将一个 Javascript 字符串视作代码片段执行,不过它存在诸多问题,如调试困难、性能问题等,并且它在运行时可以访问闭包环境和全局作用域,存在代码注入的安全风险,作为沙箱,这也是我们不期望看到的。eval 虽然好用,但是经常被滥用,在这里我们不多讨论它。


new Function


Function 构造函数会创建一个新的函数对象,它可以作为 eval 的替代品:


fn = new Function(...args, 'functionBody');


返回的 fn 是一个定义好的函数,最后一个参数为函数体。它和 eval 不太一样:


fn 是一段编译好的代码,可以直接执行,而 eval 需要编译一次

fn 没有对所在闭包的作用域访问权限,不过它依然能够访问全局作用域

如何阻止它访问全局作用域呢?


with 关键词


with 是阻止程序访问上一级作用域的一道防火墙:


function compileCode(code) {

  code = 'with (sandbox) {' + code + '}';

  return new Function('sandbox', code);

}


如上代码,code 被执行时,首先会寻找 sandbox 中的变量,如果不存在,会往上追溯global 对象,虽然有一道防火墙,但是依然不能阻止 fn 访问全局作用域。


似乎在 ECMAScript 5 中掌握的知识已经不足以解决 code 逃逸沙箱的问题了,此时我们可以把焦点放在 ES6 提供的新特性上。


ES6 Proxy


ES6 中提供了一个 Proxy 函数,它是访问对象前的一个拦截器,下面举一个简单的栗子:


const p = new Proxy({}, {

  get(target, key) {

    if(key === 'a') {

      return 1;

    }

    Reflect.get(target, key);

  }

});

p.a // 1

p.s // undefined


代码中,Proxy 给 {} 设置了属性访问拦截器,倘若访问的属性为 a 则返回 1,否则走正常程序。


这里我们可以使用 proxy 对访问做拦截处理,sandbox 本不存在的属性会追溯到全局变量上访问,此时我们可以欺骗程序,告诉它这个「不存在的属性」是存在的,于是有了下面的代码:


function compileCode(code) {

  code = 'with (sandbox) {' + code + '}';

  const fn = new Function('sandbox', code);

  return (sandbox) => {

    const proxy = new Proxy(sandbox, {

      has(target, key) {

        return true; // 欺骗,告知属性存在

      }

    });

    return fn(proxy);

  }

}


似乎这么做就可以了,但既然用到了 ES6 的特性,我们便不能忽略 ES6 中一个可以控制with 关键词行为的变量。


Symbol.unscopables


Symbol 是 JS 的第七种数据类型,它能够产生一个唯一的值,同时也具备一些内建属性,这些属性可以用来进行元编程(meta programming),即对语言本身编程,影响语言行为。其中一个内建属性 Symbol.unscopables,通过它可以影响 with 的行为。


const foo = () => 'global';

class A {

  foo() { return 'clourse'; }

  get [Symbol.unscopables]() {

    return {

      foo: true // 不允许访问对象的 foo,直接到上层

    }

  }

}

with(A.prototype) {

  foo(); // 'global'

}


上面对 A 设置做了 Symbol.unscopables 的设定,声明 foo 属性在 A 上是不存在的,从而使得代码从 with 中逃逸。对此,我们需要对它做一层加固:


function compileCode(code) {

  code = 'with (sandbox) {' + code + '}';

  const fn = new Function('sandbox', code);

  return (sandbox) => {

    const proxy = new Proxy(sandbox, {

      has(target, key) {

        return true; // 欺骗,告知属性存在

      }

      get(target, key, receiver) {

        // 加固,防止逃逸

        if (key === Symbol.unscopables) {

          return undefined;

        }

        Reflect.get(target, key, receiver);

      }

    });

    return fn(proxy);

  }

}


存在的漏洞


不过,这里还存在两个逻辑漏洞:


  • code 中可以提前关闭 sandbox 的 with 语境,如 '} alert(this); {';

  • code 中可以使用 eval 和 new Function 直接逃逸


对于第一个问题,我们可以通过堆栈深度检测:


let stack = 0;

for (let char of code) {

  if (char === '{') {

    stack++;

  } else if (char === '}') {

    if (stack === 0) {

      throw new Error('Syntax Error.');

    } else {

      stack--;

    }

  }

}


事实上,这样做依然不严谨,比如代码注释中出现花括号问题,如 /*{*/'} alert(this); {'/*}*/;而对于第二个问题,暂时还没有什么好的办法,尤其是 Function,它可以通过很多方式构造出来:


(function(){}).constructor("alert(this)")();

/2/.constructor.constructor("alert(this)")();


最后


灵活是 Javascript 这门语言的特性,也是它难以被掌控的主要原因,这点可以从文中各种沙箱逃逸方式就能看出。ES6 提供了很多新的特性,本文以沙箱为切入点,带着大家学习了几个函数和属性,希望读者有些收获。


本文没有得到一个完美的答案,但是这个问题依然值得思考和研究。


有一个比较不错的思路是,通过 iframe 执行代码,执行的结果通过 postMessage 函数通讯传输给操作者。并且 iframe 还提供了很多可供设置的安全参数,如 allow-scripts,allow-forms, allow-same-origin, allow-top-navigation 等等,方便我们对沙箱做安全控制。


更多阅读


  • Play safely in sandboxed IFrames

  • Writing a JavaScript framework – Sandboxed code evaluation



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