Webplatformsikkerhed: Forståelse af JavaScript Sandboxing og Kørselskontekster

I det stadigt udviklende landskab inden for webudvikling er sikkerhed ikke blot en eftertanke; det er en fundamental søjle, som pålidelige og robuste applikationer bygges på. Kernen i websikkerhed er det komplekse samspil mellem, hvordan JavaScript-kode udføres og inddæmmes. Dette indlæg dykker ned i to hjørnestenskoncepter: JavaScript Sandboxing og Kørselskontekster. Forståelse af disse mekanismer er afgørende for enhver udvikler, der sigter mod at bygge sikre webapplikationer, og for at forstå den indbyggede sikkerhedsmodel i webbrowsere.

Det moderne web er et dynamisk miljø, hvor kode fra forskellige kilder – din egen applikation, tredjepartsbiblioteker og endda upålideligt brugerinput – samles i browseren. Uden robuste mekanismer til at kontrollere og isolere denne kode, ville potentialet for ondsindede aktiviteter, databrud og systemkompromittering være enormt. JavaScript sandboxing og konceptet om kørselskontekster er de primære forsvarsmekanismer, der forhindrer sådanne scenarier.

Fundamentet: JavaScript og dets Kørselsmiljø

Før vi dykker ned i sandboxing og kontekster, er det essentielt at forstå den grundlæggende kørselsmodel for JavaScript i en webbrowser. Da JavaScript er et klientside-scriptsprog, kører det i brugerens browser. Dette miljø, ofte omtalt som browser-sandkassen, er designet til at begrænse de handlinger, et script kan udføre, og dermed beskytte brugerens system og data.

Når en webside indlæses, parser og udfører browserens JavaScript-motor (som V8 for Chrome, SpiderMonkey for Firefox eller JavaScriptCore for Safari) den JavaScript-kode, der er indlejret i den. Denne udførelse sker ikke i et vakuum; den foregår inden for en specifik kørselskontekst.

Hvad er en Kørselskontekst?

En kørselskontekst er et abstrakt koncept, der repræsenterer det miljø, hvori JavaScript-kode evalueres og udføres. Det er den ramme, der indeholder information om det aktuelle scope, variabler, objekter og værdien af `this`-nøgleordet. Når JavaScript-motoren støder på et script, opretter den en kørselskontekst for det.

Typer af Kørselskontekster:

• Global Kørselskontekst (GEC): Dette er standardkonteksten, der oprettes, når JavaScript-motoren starter. I et browsermiljø er det globale objekt window-objektet. Al kode, der ikke er inde i en funktion eller et blok-scope, udføres inden for GEC.
• Funktionskørselskontekst (FEC): En ny FEC oprettes, hver gang en funktion kaldes. Hvert funktionskald får sin egen unikke kørselskontekst, som inkluderer dens egne variabler, argumenter og sin egen scope-kæde. Denne kontekst ødelægges, når funktionen er færdig med sin udførelse og returnerer en værdi.
• Eval Kørselskontekst: Kode, der udføres inden for en eval()-funktion, opretter sin egen kørselskontekst. Brugen af eval() frarådes dog generelt på grund af sikkerhedsrisici og performance-implikationer.

Execution Stack (Kaldsstakken):

JavaScript bruger en kaldsstak (call stack) til at håndtere kørselskontekster. Stakken er en Last-In, First-Out (LIFO) datastruktur. Når motoren starter, skubber den GEC på stakken. Når en funktion kaldes, skubbes dens FEC øverst på stakken. Når en funktion returnerer, fjernes dens FEC fra stakken. Denne mekanisme sikrer, at den kode, der aktuelt udføres, altid er øverst på stakken.

Eksempel:

            // Global Kørselskontekst (GEC) oprettes først
let globalVariable = 'Jeg er global';

function outerFunction() {
  // outerFunctions FEC skubbes på stakken
  let outerVariable = 'Jeg er i outer';

  function innerFunction() {
    // innerFunctions FEC skubbes på stakken
    let innerVariable = 'Jeg er i inner';
    console.log(globalVariable + ', ' + outerVariable + ', ' + innerVariable);
  }

  innerFunction(); // innerFunctions FEC oprettes og skubbes
  // innerFunctions FEC fjernes fra stakken, når den returnerer
}

outoerFunction(); // outerFunctions FEC skubbes på stakken
// outerFunctions FEC fjernes fra stakken, når den returnerer
// GEC forbliver, indtil scriptet er færdigt

            

              
                Copy
              
            
          

I dette eksempel, når outerFunction kaldes, placeres dens kontekst oven på den globale kontekst. Når innerFunction kaldes inden i outerFunction, placeres dens kontekst oven på outerFunction's kontekst. Udførelsen fortsætter fra toppen af stakken.

Behovet for Sandboxing

Mens kørselskontekster definerer, hvordan JavaScript-kode kører, er sandboxing den mekanisme, der begrænser, hvad den kode kan gøre. En sandkasse er en sikkerhedsmekanisme, der isolerer kørende kode og skaber et sikkert og kontrolleret miljø. I forbindelse med webbrowsere forhindrer sandkassen JavaScript i at tilgå eller forstyrre:

• Brugerens operativsystem.
• Følsomme systemfiler.
• Andre browserfaner eller vinduer, der tilhører forskellige oprindelser (et kerneprincip i Same-Origin Policy).
• Andre processer, der kører på brugerens maskine.

Forestil dig et scenarie, hvor en ondsindet hjemmeside injicerer JavaScript, der forsøger at læse dine lokale filer eller sende dine personlige oplysninger til en angriber. Uden en sandkasse ville dette være en betydelig trussel. Browser-sandkassen fungerer som en beskyttende barriere, der sikrer, at scripts kun kan interagere med den specifikke webside, de er tilknyttet, og inden for foruddefinerede grænser.

Kernekomponenter i Browser-sandkassen:

Browser-sandkassen er ikke en enkelt enhed, men et komplekst system af kontroller. Nøgleelementer inkluderer:

• Same-Origin Policy (SOP): Dette er måske den mest fundamentale sikkerhedsmekanisme. Den forhindrer scripts fra én oprindelse (defineret ved protokol, domæne og port) i at tilgå eller manipulere data fra en anden oprindelse. For eksempel kan et script på http://example.com ikke direkte læse indholdet af http://another-site.com, selvom det er på samme maskine. Dette begrænser markant effekten af cross-site scripting (XSS) angreb.
• Privilegieadskillelse: Moderne browsere anvender privilegieadskillelse. Forskellige browserprocesser kører med forskellige privilegieniveauer. For eksempel har renderingsprocessen (som håndterer HTML, CSS og JavaScript-udførelse for en webside) betydeligt færre privilegier end hovedbrowserprocessen. Hvis en renderer-proces kompromitteres, er skaden inddæmmet i den proces.
• Content Security Policy (CSP): CSP er en sikkerhedsstandard, der giver webstedsadministratorer mulighed for at kontrollere, hvilke ressourcer (scripts, stylesheets, billeder osv.) der kan indlæses eller udføres af browseren. Ved at specificere betroede kilder hjælper CSP med at afbøde XSS-angreb ved at forhindre udførelsen af ondsindede scripts, der er injiceret fra upålidelige steder.
• Same-Origin Policy for DOM: Mens SOP primært gælder for netværksanmodninger, regulerer den også DOM-adgang. Scripts kan kun interagere med DOM-elementerne fra deres egen oprindelse.

Hvordan Sandboxing og Kørselskontekster Arbejder Sammen

Kørselskontekster udgør rammen for kodeudførelse og definerer dens scope og `this`-binding. Sandboxing udgør de sikkerhedsgrænser, inden for hvilke disse kørselskontekster opererer. Et scripts kørselskontekst dikterer, hvad det kan tilgå inden for sit tilladte scope, mens sandkassen dikterer, om og hvor meget det kan tilgå det bredere system og andre oprindelser.

Overvej en typisk webside, der kører JavaScript. JavaScript-koden udføres inden for dens respektive kørselskontekst(er). Denne kontekst er dog uløseligt bundet til browserens sandkasse. Ethvert forsøg fra JavaScript-koden på at udføre en handling – som at foretage en netværksanmodning, tilgå lokal lagring eller manipulere DOM – bliver først tjekket mod sandkassens regler. Hvis handlingen er tilladt (f.eks. at tilgå lokal lagring fra samme oprindelse, lave en anmodning til sin egen oprindelse), fortsætter den. Hvis handlingen er begrænset (f.eks. at forsøge at læse en fil fra brugerens harddisk, tilgå en anden fanes cookies), vil browseren blokere den.

Avancerede Sandboxing-teknikker

Ud over browserens indbyggede sandkasse anvender udviklere specifikke teknikker til yderligere at isolere kode og forbedre sikkerheden:

1. Iframes med `sandbox`-attribut:

HTML <iframe>-elementet er et kraftfuldt værktøj til at indlejre indhold fra andre kilder. Når det bruges med sandbox-attributten, skaber det et meget restriktivt miljø for det indlejrede dokument. sandbox-attributten kan tage værdier, der yderligere lemper eller begrænser tilladelser:

• `sandbox` (uden værdi): Deaktiverer næsten alle privilegier, herunder kørsel af scripts, formularafsendelse, popups og eksterne links.
• `allow-scripts`: Tillader, at scripts kan udføres.
• `allow-same-origin`: Tillader, at dokumentet behandles som værende fra sin oprindelige oprindelse. Brug med ekstrem forsigtighed!
• `allow-forms`: Tillader formularafsendelse.
• `allow-popups`: Tillader popups og navigation på øverste niveau.
• `allow-top-navigation`: Tillader navigation på øverste niveau.
• `allow-downloads`: Tillader, at downloads fortsætter uden brugerinteraktion.

Eksempel:

            <iframe src="untrusted-content.html" sandbox="allow-scripts allow-same-origin"></iframe>

            

              
                Copy
              
            
          

Denne iframe vil udføre scripts og kan tilgå sin egen oprindelse (hvis den har en). Men uden yderligere `allow-*`-attributter kan den for eksempel ikke åbne nye vinduer eller indsende formularer. Dette er uvurderligt for at vise brugergenereret indhold eller tredjeparts-widgets sikkert.

2. Web Workers:

Web Workers er JavaScript-scripts, der kører i baggrunden, adskilt fra browserens hovedtråd. Denne adskillelse er en form for sandboxing: Web Workers har ingen direkte adgang til DOM og kan kun kommunikere med hovedtråden via message passing. Dette forhindrer dem i direkte at manipulere UI'et, hvilket er en almindelig angrebsvektor for XSS.

Fordele:

• Ydeevne: Overfør tunge beregninger til worker-tråden uden at fryse UI'et.
• Sikkerhed: Isolerer potentielt risikable eller komplekse baggrundsopgaver.

Eksempel (Hovedtråd):

            // Opret en ny worker
const myWorker = new Worker('worker.js');

// Send en besked til workeren
myWorker.postMessage('Start beregning');

// Lyt efter beskeder fra workeren
myWorker.onmessage = function(e) {
  console.log('Besked fra worker:', e.data);
};

            

              
                Copy
              
            
          

Eksempel (worker.js):

            // Lyt efter beskeder fra hovedtråden
self.onmessage = function(e) {
  console.log('Besked fra hovedtråd:', e.data);
  // Udfør en tung beregning
  const result = performComplexCalculation();
  // Send resultatet tilbage til hovedtråden
  self.postMessage(result);
};

function performComplexCalculation() {
  // ... forestil dig kompleks logik her ...
  return 'Beregning fuldført';
}

            

              
                Copy
              
            
          

Nøgleordet `self` i worker-scriptet henviser til workerens globale scope, ikke hovedtrådens `window`-objekt. Denne isolation er nøglen til dens sikkerhedsmodel.

3. Service Workers:

Service Workers er en type Web Worker, der fungerer som en proxyserver mellem browseren og netværket. De kan opsnappe netværksanmodninger, administrere caching og muliggøre offline-funktionaliteter. Afgørende er, at Service Workers kører på en separat tråd og ikke har adgang til DOM, hvilket gør dem til en sikker måde at håndtere operationer på netværksniveau og baggrundsopgaver.

Deres styrke ligger i deres evne til at kontrollere netværksanmodninger, hvilket kan udnyttes til sikkerhed ved at kontrollere ressourceindlæsning og forhindre ondsindede anmodninger. Deres evne til at opsnappe og ændre netværksanmodninger betyder dog også, at de skal registreres og administreres med omhu for at undgå at introducere nye sårbarheder.

4. Shadow DOM og Web Components:

Selvom det ikke er direkte sandboxing på samme måde som iframes eller workers, tilbyder Web Components, især med Shadow DOM, en form for indkapsling. Shadow DOM skaber et skjult, scopet DOM-træ, der er knyttet til et element. Styles og scripts inden for Shadow DOM er isoleret fra hoveddokumentet, hvilket forhindrer stilkollisioner og ukontrolleret DOM-manipulation fra eksterne scripts.

Denne indkapsling er afgørende for at bygge genanvendelige UI-komponenter, der kan indsættes i enhver applikation uden frygt for interferens eller at blive forstyrret. Det skaber et indeholdt miljø for komponentlogik og præsentation.

Kørselskontekster og Sikkerhedsimplikationer

Forståelse af kørselskontekster er også altafgørende for sikkerheden, især når man arbejder med variabel-scope, closures og `this`-nøgleordet. Dårlig håndtering kan føre til utilsigtede bivirkninger eller sårbarheder.

Closures og Variabellækager:

Closures er en kraftfuld funktion, hvor en indre funktion har adgang til den ydre funktions scope, selv efter den ydre funktion er afsluttet. Selvom de er utroligt nyttige til databeskyttelse og modularitet, kan de, hvis de ikke håndteres omhyggeligt, utilsigtet eksponere følsomme variabler eller skabe hukommelseslækager.

Eksempel på potentielt problem:

            function createSecureCounter() {
  let count = 0;
  // Denne indre funktion danner en closure over 'count'
  return function() {
    count++;
    console.log(count);
    return count;
  };
}

const counter = createSecureCounter();
counter(); // 1
counter(); // 2

// Problem: Hvis 'count' ved et uheld blev eksponeret, eller hvis closuren
// i sig selv havde en fejl, kunne følsomme data blive kompromitteret.
// I dette specifikke eksempel er 'count' godt indkapslet.
// Forestil dig dog et scenarie, hvor en angriber kunne manipulere
// closurens adgang til andre følsomme variabler.

            

              
                Copy
              
            
          

`this`-nøgleordet:

Opførslen af `this`-nøgleordet kan være forvirrende og, hvis det ikke håndteres korrekt, kan det føre til sikkerhedsproblemer, især i event handlers eller asynkron kode.

• I globalt scope i ikke-strict mode henviser `this` til `window`.
• I globalt scope i strict mode er `this` `undefined`.
• Inde i funktioner afhænger `this` af, hvordan funktionen kaldes.

En forkert binding af `this` kan føre til, at et script tilgår eller ændrer utilsigtede globale variabler eller objekter, hvilket potentielt kan føre til cross-site scripting (XSS) eller andre injektionsangreb.

Eksempel:

            // Uden 'use strict';
function displayUserInfo() {
  console.log(this.userName);
}

// Hvis den kaldes uden kontekst, i ikke-strict mode, kan 'this' som standard pege på window
// og potentielt eksponere globale variabler eller forårsage uventet adfærd.

// Brug af .bind() eller arrow functions hjælper med at opretholde en forudsigelig 'this'-kontekst:
const user = { userName: 'Alice' };

const boundDisplay = displayUserInfo.bind(user);
boundDisplay(); // 'Alice'

// Arrow functions arver 'this' fra det omgivende scope:
const anotherUser = { userName: 'Bob' };
const arrowDisplay = () => {
  console.log(this.userName); // 'this' vil være fra det ydre scope, hvor arrowDisplay er defineret.
};

// Hvis arrowDisplay er defineret i det globale scope (ikke-strict), vil 'this' være 'window'.
// Hvis den er defineret inden i en objektmetode, vil 'this' henvise til det objekt.

            

              
                Copy
              
            
          

Forurening af det Globale Objekt:

En betydelig sikkerhedsrisiko er forurening af det globale objekt, hvor scripts utilsigtet opretter eller overskriver globale variabler. Dette kan udnyttes af ondsindede scripts til at manipulere applikationslogik eller injicere skadelig kode. Korrekt indkapsling og undgåelse af overdreven brug af globale variabler er nøgleforsvar.

Moderne JavaScript-praksisser, såsom brug af `let` og `const` for blok-scoping af variabler og moduler (ES Modules), reducerer markant overfladen for global forurening sammenlignet med det ældre `var`-nøgleord og traditionel script-sammenkædning.

Bedste Praksis for Sikker Udvikling

For at udnytte sikkerhedsfordelene ved sandboxing og velstyrede kørselskontekster bør udviklere vedtage følgende praksisser:

1. Omfavn Same-Origin Policy:

Respekter altid SOP. Design dine applikationer, så data og funktionalitet er korrekt isoleret baseret på oprindelse. Kommuniker kun mellem oprindelser, når det er absolut nødvendigt, og brug sikre metoder som `postMessage` til kommunikation mellem vinduer.

2. Udnyt `iframe` Sandboxing for Upålideligt Indhold:

Når du indlejrer indhold fra tredjeparter eller brugergenereret indhold, som du ikke fuldt ud kan stole på, skal du altid bruge `sandbox`-attributten på `