浅析JavaScript的沙箱内容

市面上现在流行两种沙箱模式,一种是使用iframe,还有一种是直接在页面上使用new Function + eval进行执行. 殊途同归,主要还是防止一些Hacker们 吃饱了没事干,收别人钱来 Hack 你的网站. 一般情况, 我们的代码量有60%业务+40%安全. 剩下的就看天意了.

接下来,我们来一步一步分析,如果做到在前端的沙箱.文末 看俺有没有心情放一个彩蛋吧.

直接嵌套

这种方式说起来并不是什么特别好的点子,因为需要花费比较多的精力在安全性上.

eval执行

最简单的方式,就是使用eval进行代码的执行

1. eval('console.log("a simple script");'); 

但,如果你是直接这么使用的话, congraduations... do die...

因为,eval 的特性是如果当前域里面没有,则会向上遍历.一直到最顶层的global scope 比如window.以及,他还可以访问closure内的变量.看demo:

1. function Auth(username) 
2. { 
3.   var password = "trustno1"; 
4.   this.eval = function(name) { return eval(name) } // 相当于直接this.name 
5. } 
6.  
7. auth = new Auth("Mulder") 
8. console.log(auth.eval("username")); // will print "Mulder" 
9. console.log(auth.eval("password")); // will print "trustno1"  

那有没有什么办法可以解决eval这个特性呢?

答: 没有. 除非你不用

ok,那我就不用. 我们这里就可以使用new Function(..args,bodyStr) 来代替eval.

new Function

new Function就是用来,放回一个function obj的. 用法参考:new Function.

所以,上面的代码,放在new Function中,可以写为:

1. new Function('console.log("a simple script");')(); 

这样做在安全性上和eval没有多大的差别,不过,他不能访问closure的变量,即通过this来调用,而且他的性能比eval要好很多. 那有没有办法解决global var的办法呢?

有啊... 只是有点复杂先用with,在用Proxy

with

with这个特性,也算是一个比较鸡肋的,他和eval并列为js两大SB特性. 不说无用, bug还多,安全性就没谁了... 但是, with的套路总是有人喜欢的.在这里,我们就需要使用到他的特性.因为,在with的scope里面,所有的变量都会先从with定义的Obj上查找一遍.

1. var a = { 
2.     c:1 
3. } 
4. var c =2; 
5. with(a){ 
6.     console.log(c); //等价于c.a 
7. }  

所以,第一步改写上面的new Function(),将里面变量的获取途径控制在自己的手里.

1. function compileCode (src) {   
2.   src = 'with (sandbox) {' + src + '}' 
3.   return new Function('sandbox', src) 
4. }  

这样,所有的内容多会从sandbox这个str上面获取,但是找不到的var则又会向上进行搜索. 为了解决这个问题,则需要使用: proxy

proxy

es6 提供的Proxy特性,说起来也是蛮牛逼的. 可以将获取对象上的所有方式改写.具体用法可以参考: 超好用的proxy.

这里,我们只要将has给换掉即可. 有的就好,没有的就返回undefined

1. function compileCode (src) { 
2.   src = 'with (sandbox) {' + src + '}' 
3.   const code = new Function('sandbox', src) 
4.  
5.   return function (sandbox) { 
6.     const sandboxProxy = new Proxy(sandbox, {has}) 
7.     return code(sandboxProxy) 
8.   } 
9. } 
10.  
11. // 相当于检查 获取的变量是否在里面 like: 'in' 
12. function has (target, key) { 
13.   return true 
14. } 
15.  
16. compileCode('log(name)')(console);  

// 相当于检查 获取的变量是否在里面 like: 'in'

1. Object.keys(Array.prototype[Symbol.unscopables]);  
2. // ["copyWithin", "entries", "fill", "find", "findIndex",  
3. //  "includes", "keys", "values"]  

这样的话,就能完美的解决掉 向上查找变量的烦恼了. 另外一些大神,发现在新的ECMA里面,有些方法是不会被with scope 影响的. 这里,主要是通过Symbol.unscopables 这个特性来检测的.比如:

1. // 还是加一下吧 
2. function compileCode (src) {   
3.   src = 'with (sandbox) {' + src + '}' 
4.   const code = new Function('sandbox', src) 
5.  
6.   return function (sandbox) { 
7.     const sandboxProxy = new Proxy(sandbox, {has, get}) 
8.     return code(sandboxProxy) 
9.   } 
10. } 
11.  
12. function has (target, key) {   
13.   return true 
14. } 
15.  
16. function get (target, key) {   
17. // 这样,访问Array里面的 like, includes之类的方法,就可以保证安全... 算了,就当我没说,真的没啥用... 
18.   if (key === Symbol.unscopables) return undefined 
19.   return target[key] 
20. }  

现在,基本上就可以宣告你的代码是99.999% 的5位安全数.(反正不是100%就行)

设置缓存

如果上代码,每次编译一次code时,都会实例一次Proxy, 这样做会比较损性能. 所以,我们这里,可以使用closure来进行缓存。 上面生成proxy代码,改写为:

1. function compileCode(src) { 
2.     src = 'with (sandbox) {' + src + '}' 
3.     const code = new Function('sandbox', src) 
4.  
5.     function has(target, key) { 
6.         return true 
7.     } 
8.  
9.     function get(target, key) { 
10.         if (key === Symbol.unscopables) return undefined 
11.         return target[key] 
12.     } 
13.  
14.     return (function() { 
15.         var _sandbox, sandboxProxy; 
16.         return function(sandbox) { 
17.             if (sandbox !== _sandbox) { 
18.                 _sandbox = sandbox; 
19.                 sandboxProxy = new Proxy(sandbox, { has, get }) 
20.             } 
21.             return code(sandboxProxy) 
22.         } 
23.     })() 
24. }  

不过上面,这样的缓存机制有个弊端,就是不能存储多个proxy. 不过,你可以使用Array来解决,或者更好的使用Map. 这里,我们两个都不用,用WeakMap来解决这个problem. WeakMap 主要的问题在于,他可以完美的实现,内部变量和外部的内容的统一. WeakMap最大的特点在于,他存储的值是不会被垃圾回收机制关注的. 说白了, WeakMap引用变量的次数是不会算在引用垃圾回收机制里, 而且, 如果WeakMap存储的值在外部被垃圾回收装置回收了,WeakMap里面的值,也会被删除--同步效果.所以,毫无意外, WeakMap是我们最好的一个tricky. 则,代码可以写为:

1. const sandboxProxies = new WeakMap() 
2. function compileCode(src) { 
3.     src = 'with (sandbox) {' + src + '}' 
4.     const code = new Function('sandbox', src) 
5.  
6.     function has(target, key) { 
7.         return true 
8.     } 
9.  
10.     function get(target, key) { 
11.         if (key === Symbol.unscopables) return undefined 
12.         return target[key] 
13.     } 
14.     return function(sandbox) { 
15.         if (!sandboxProxies.has(sandbox)) { 
16.             const sandboxProxy = new Proxy(sandbox, { has, get }) 
17.             sandboxProxies.set(sandbox, sandboxProxy) 
18.         } 
19.         return code(sandboxProxies.get(sandbox)) 
20.     } 
21. }  

差不多了, 如果不嫌写的丑,可以直接拿去用.(如果出事,纯属巧合,本人概不负责).

接着,我们来看一下,如果使用iframe,来实现代码的编译. 这里,Jsfiddle就是使用这种办法.

iframe 嵌套

最简单的方式就是,使用sandbox属性. 该属性可以说是真正的沙盒... 把sandbox加载iframe里面,那么,你这个iframe基本上就是个标签而已... 而且支持性也挺棒的,比如IE10.

1. <iframe sandbox src=”...”></iframe> 

这样已添加,那么下面的事,你都不可以做了:

1. script脚本不能执行

2. 不能发送ajax请求

3. 不能使用本地存储，即localStorage,cookie等

4. 不能创建新的弹窗和window, 比如window.open or target="_blank"

5. 不能发送表单

6. 不能加载额外插件比如flash等

7. 不能执行自动播放的tricky. 比如: autofocused, autoplay

看到这里，我也是醉了。 好好的一个iframe，你这样是不是有点过分了。 不过，你可以放宽一点权限。在sandbox里面进行一些简单设置

1. <iframe sandbox=”allow-same-origin” src=”...”></iframe> 

常用的配置项有:

可以通过在sandbox里，添加允许进行的权限.

1. <iframe sandbox=”allow-forms allow-same-origin allow-scripts” src=”...”></iframe> 

这样，就可以保证js脚本的执行，但是禁止iframe里的javascript执行top.location = self.location。 更多详细的内容,请参考: please call me HR.

接下来,我们来具体讲解,如果使用iframe来code evaluation. 里面的原理,还是用到了eval.

iframe 脚本执行

上面说到,我们需要使用eval进行方法的执行,所以,需要在iframe上面添加上, allow-scripts的属性.(当然,你也可以使用new Function, 这个随你...)

这里的框架是使用postMessage+eval. 一个用来通信,一个用来执行.

先看代码:

1. <!-- frame.html --> 
2. <!DOCTYPE html> 
3. <html> 
4.  <head> 
5.    <title>Evalbox's Frame</title> 
6.    <script> 
7.      window.addEventListener('message', function (e) { 
8.      // 相当于window.top.currentWindow. 
9.        var mainWindow = e.source; 
10.        var result = ''; 
11.        try { 
12.          result = eval(e.data); 
13.        } catch (e) { 
14.          result = 'eval() threw an exception.'; 
15.        } 
16.        // e.origin 就是原来window的url 
17.        mainWindow.postMessage(result, e.origin); 
18.      }); 
19.    </script> 
20.  </head> 
21. </html>  

这里顺便插播一下关于postMessage的相关知识点.

postMessage 讲解

postMessage主要做的事情有三个:

1.页面和其打开的新窗口的数据传递

2.多窗口之间消息传递

3.页面与嵌套的iframe消息传递

具体的格式为

1. otherWindow.postMessage(message, targetOrigin, [transfer]); 

message是传递的信息,targetOrigin指定的窗口内容,transfer取值为Boolean 表示是否可以用来对obj进行序列化,相当于JSON.stringify, 不过一般情况下传obj时,会自己先使用JSON进行seq一遍.

具体说一下targetOrigin.

targetOrigin的写入格式一般为URI,即, protocol+host. 另外,也可以写为*. 用来表示 传到任意的标签页中.

另外,就是接受端的参数.接受传递的信息,一般是使用window监听message事件.

1. window.addEventListener("message", receiveMessage, false); 
2.  
3. function receiveMessage(event) 
4. { 
5.   var origin = event.origin || event.originalEvent.origin; // For Chrome, the origin property is in the event.originalEvent object. 
6.   if (origin !== "http://example.org:8080") 
7.     return; 
8.  
9.   // ... 
10. }  

event里面,会带上3个参数:

• data: 传递过来的数据. e.data
• origin: 发送信息的URL, 比如: https://example.org
• source: 发送信息的源页面的window对象. 我们实际上只能从上面获取信息.

该API常常用在window和iframe的信息交流当中.

现在,我们回到上面的内容.

1. <!-- frame.html --> 
2. <!DOCTYPE html> 
3. <html> 
4.  <head> 
5.    <title>Evalbox's Frame</title> 
6.    <script> 
7.      window.addEventListener('message', function (e) { 
8.      // 相当于window.top.currentWindow. 
9.        var mainWindow = e.source; 
10.        var result = ''; 
11.        try { 
12.          result = eval(e.data); 
13.        } catch (e) { 
14.          result = 'eval() threw an exception.'; 
15.        } 
16.        // e.origin 就是原来window的url 
17.        mainWindow.postMessage(result, e.origin); 
18.      }); 
19.    </script> 
20.  </head> 
21. </html>  

iframe里面,已经做好文档的监听,然后,我们现在需要进行内容的发送.直接在index.html写入:

1. // html部分 
2. <textarea id='code'></textarea> 
3. <button id='safe'>eval() in a sandboxed frame.</button> 
4. // 设置基本的安全特性 
5. <iframe sandbox='allow-scripts' 
6.         id='sandboxed' 
7.         src='frame.html'></iframe> 
8.  
9. // js部分 
10. function evaluate() { 
11.   var frame = document.getElementById('sandboxed'); 
12.   var code = document.getElementById('code').value; 
13.   frame.contentWindow.postMessage(code, '/'); // 只想同源的标签页发送 
14. } 
15.  
16. document.getElementById('safe').addEventListener('click', evaluate); 
17.  
18. // 同时设置接受部分 
19. window.addEventListener('message', 
20.     function (e) { 
21.       var frame = document.getElementById('sandboxed'); 
22.       // 进行信息来源的验证 
23.       if (e.origin === "null" && e.source === frame.contentWindow) 
24.         alert('Result: ' + e.data); 
25.     });  

实际demo可以参考:H5 ROCK

常用的两种沙箱模式这里差不多讲解完了. 开头说了文末有个彩蛋,这个彩蛋就是使用nodeJS来做一下沙箱. 比如像 牛客网的代码验证,就是放在后端去做代码的沙箱验证.

彩蛋--nodeJS沙箱

使用nodeJS的沙箱很简单,就是使用nodeJS提供的VM Module即可.

直接看代码吧:

1. const vm = require('vm'); 
2. const sandbox = { a: 1, b: 1 }; 
3. const script = new vm.Script('a + b'); 
4. const context = new vm.createContext(sandbox); 
5. script.runInContext(context);  

在vm构建出来的sandbox里面,没有任何可以访问的全局变量.除了基本的syntax.

作者：jimmy_thr

来源：51CTO