Turvalise koodi käivitamise avamine: põhjalik ülevaade WebAssembly WASI võimekuse andmise süsteemist

Tarkvaraarenduse maastik areneb pidevalt, ajendatuna vajadusest turvalisemate, kaasaskantavamate ja jõudsamate lahenduste järele. WebAssembly (Wasm) on esile kerkinud kui keskne tehnoloogia, mis lubab peaaegu loomulikku jõudlust ja turvalist käituskeskkonda koodile, mis jookseb erinevatel platvormidel. Selleks, et Wasm saaks oma potentsiaali täielikult realiseerida, eriti suheldes alussüsteemi ja väliste ressurssidega, on aga hädavajalik tugev ja granulaarne lubade süsteem. Just siin astub mängu WebAssembly System Interface (WASI) võimekuse andmise süsteem, pakkudes uudset ja võimsat lähenemist selle haldamiseks, mida Wasmi moodulid saavad ja ei saa teha.

WebAssembly areng ja vajadus süsteemiga suhtlemiseks

Algselt veebibrauserite kompileerimise sihtmärgina loodud WebAssembly, mis võimaldas keeltel nagu C++, Rust ja Go veebis tõhusalt joosta, laienes oma ambitsioonidega kiiresti väljapoole brauseri liivakasti. Võimalus käivitada Wasmi mooduleid serverites, pilvekeskkondades ja isegi ääreseadmetes avab terve hulga võimalusi. See laienemine eeldab aga turvalist viisi, kuidas Wasmi moodulid saaksid host-süsteemiga suhelda – pääseda ligi failidele, teha võrgupäringuid, suhelda operatsioonisüsteemiga ja kasutada muid süsteemi ressursse. See on täpselt see probleem, mida WASI püüab lahendada.

Mis on WASI?

WASI on arenev standard, mis defineerib WebAssembly jaoks modulaarse süsteemi liidese. Selle peamine eesmärk on võimaldada Wasmi moodulitel suhelda host-keskkonnaga standardiseeritud ja turvalisel viisil, sõltumata aluseks olevast operatsioonisüsteemist või riistvarast. Mõelge WASI-le kui API-de kogumile, mida Wasmi moodulid saavad süsteemitaseme toimingute tegemiseks kutsuda, sarnaselt traditsioonilistele süsteemikutsetele. Need API-d on loodud olema kaasaskantavad ja järjepidevad erinevates Wasmi käituskeskkondades.

Väljakutsed süsteemiga suhtlemisel

Wasmi moodulite otsene integreerimine süsteemi ressurssidega kujutab endast märkimisväärset turva-alast väljakutset. Ilma korraliku kontrollita võib Wasmi moodul potentsiaalselt:

• Juurde pääseda tundlikele failidele host-süsteemis.
• Teha suvalisi võrgupäringuid, mis võivad viia teenusetõkestusrünnakute või andmete lekitamiseni.
• Manipuleerida süsteemi konfiguratsioonidega või käivitada pahatahtlikku koodi.
• Tarbida liigselt ressursse, mõjutades host-süsteemi stabiilsust.

Traditsioonilised liivakastamise mehhanismid tuginevad sageli protsesside isoleerimisele või operatsioonisüsteemi taseme lubadele. Kuigi need on tõhusad, võivad need olla ressursimahukad ja ei pruugi pakkuda peeneteralist kontrolli, mis on vajalik kaasaegsete, hajutatud ja modulaarsete rakenduste jaoks, kus komponente võidakse dünaamiliselt laadida ja käivitada.

Tutvustame WASI võimekuse andmise süsteemi

WASI võimekuse andmise süsteem kujutab endast paradigma nihet selles, kuidas WebAssembly moodulite lubasid hallatakse. Laiaulatusliku juurdepääsu andmise või kõige keelamise lähenemise asemel toimib see põhimõttel, et Wasmi moodulitele antakse spetsiifilised, peeneteralised võimekused. See lähenemine on inspireeritud võimekuspõhistest turvamudelitest, mida on nende potentsiaali tõttu süsteemi turvalisuse suurendamisel juba ammu tunnustatud, muutes juurdepääsukontrolli selgesõnalisemaks ja kontrollitavamaks.

Võimekuse andmise põhimõisted

Oma olemuselt keskendub võimekuse andmise süsteem järgmisele:

• Selgesõnalised load: Kaudse juurdepääsu asemel peavad Wasmi moodulid saama selgesõnaliselt antud võimekused, mida nad vajavad konkreetsete toimingute tegemiseks.
• Vähima privileegi põhimõte: Süsteem rakendab vähima privileegi põhimõtet, mis tähendab, et Wasmi moodulile tuleks anda ainult minimaalne lubade komplekt, mis on vajalik selle ettenähtud funktsiooni täitmiseks.
• Võltsimatud võimekused: Võimekusi käsitletakse kui võltsimatuid märke. Pärast andmist saab Wasmi moodul neid kasutada, kuid ei saa luua uusi võimekusi ega edastada neid teistele moodulitele ilma selgesõnalise loata. See hoiab ära privileegide eskaleerimise.
• Modulaarne ja komponeeritav: Süsteem on loodud modulaarsena, võimaldades erinevaid võimekusi iseseisvalt anda, mis viib väga komponeeritava turvamudelini.

Kuidas see töötab: lihtsustatud analoogia

Kujutage ette, et Wasmi moodul on nagu külastaja, kes siseneb turvatud rajatisse. Selle asemel, et anda talle üldvõti (mis oleks laiaulatuslik luba), antakse talle spetsiifilised võtmekaardid iga ala jaoks, kuhu tal on vaja pääseda. Näiteks võib külastaja saada võtmekaardi koosolekuruumi sisenemiseks (faili lugemise luba), teise kohvikusse (võrgujuurdepääs konkreetsele serverile) ja kolmanda kirjatarvete kappi (juurdepääs konkreetsele konfiguratsioonifailile). Ta ei saa neid kaarte kasutada piiratud ligipääsuga laboritesse või muudesse volitamata aladesse sisenemiseks. Lisaks ei saa ta neid võtmekaarte kopeerida ega kellelegi teisele laenata.

Tehnilised rakenduse üksikasjad

WASI kontekstis esitatakse võimekusi sageli läbipaistmatute viidete või märkidena, mida Wasmi moodul saab. Kui Wasmi moodul soovib sooritada toimingut, mis nõuab süsteemi juurdepääsu, ei kutsu see otse süsteemifunktsiooni. Selle asemel kutsub see WASI funktsiooni, edastades asjakohase võimekuse. Seejärel kontrollib Wasmi käituskeskkond (host-keskkond), kas moodulil on vajalik võimekus, enne kui lubab toimingul jätkuda.

Näiteks kui Wasmi moodul peab lugema faili nimega /data/config.json, ei kasutaks see otse süsteemikutset nagu open(). Selle asemel võib see kutsuda WASI funktsiooni nagu fd_read(), kuid see kutse nõuaks eelnevalt antud failikirjeldaja võimekust selle konkreetse faili või kataloogi jaoks. Host oleks selle võimekuse varem loonud, näiteks vastendades host-failikirjeldaja Wasmile nähtava failikirjeldajaga ja edastades selle moodulile.

Kaasatud peamised WASI liidesed

Võimekuse andmise süsteemiga töötamiseks on loodud mitu WASI liidest, sealhulgas:

• wasi-filesystem: See liides pakub võimekusi failisüsteemiga suhtlemiseks. Kogu failisüsteemile juurdepääsu andmise asemel saab teha kättesaadavaks konkreetsed kataloogid või failid.
• wasi-sockets: See liides võimaldab Wasmi moodulitel teha võrgutoiminguid. Siinsed võimekused võivad olla granulaarsed, määrates, milliste võrguliideste, portide või isegi kaugete hostidega moodulil on lubatud ühendust luua.
• wasi-clocks: Aja ja taimerite kasutamiseks.
• wasi-random: Juhuslike arvude genereerimiseks.

Lubade andmise süsteem tagab, et isegi neid põhivõimekusi ei anta vaikimisi. Host-keskkond vastutab sobivate võimekuste määramise ja süstimise eest Wasmi mooduli keskkonda käitamise ajal.

WASI võimekuse andmise eelised

Võimekuse andmise süsteemi kasutuselevõtt WASI jaoks pakub mitmeid eeliseid:

Suurem turvalisus

See on kõige olulisem eelis. Rakendades vähima privileegi põhimõtet ja muutes load selgesõnaliseks, vähendatakse rünnakupinda drastiliselt. Kompromiteeritud Wasmi moodul saab teha ainult seda, mida tal on selgesõnaliselt lubatud teha, piirates potentsiaalset kahju. See on ülioluline usaldusväärsuseta koodi käivitamisel tundlikes keskkondades.

Parem modulaarsus ja taaskasutatavus

Wasmi mooduleid saab kujundada väga modulaarsetena, kus nende sõltuvused süsteemi ressurssidest on selgelt määratletud nende nõutavate võimekustega. See muudab nende kohta arutlemise, testimise ja taaskasutamise erinevates rakendustes ja keskkondades lihtsamaks. Moodulit, mis vajab ainult lugemisjuurdepääsu konkreetsele konfiguratsioonifailile, saab turvaliselt kasutada erinevates kontekstides, kartmata tahtmatut süsteemi juurdepääsu.

Suurem teisaldatavus

WASI eesmärk on platvormist sõltumatus. Süsteemisuhtluse abstraheerimisega võimekuste kaudu saavad Wasmi moodulid joosta mis tahes hostis, mis rakendab asjakohaseid WASI liideseid, sõltumata aluseks olevast operatsioonisüsteemist. Host-keskkond tegeleb üldiste võimekuste vastendamisega konkreetsetele OS-taseme lubadele.

Peeneteraline kontroll

Võimekuse mudel võimaldab äärmiselt granulaarset kontrolli selle üle, mida Wasmi moodul saab teha. Näiteks selle asemel, et anda võrgujuurdepääs kõigile hostidele, saab moodulile anda loa ühenduda ainult konkreetse API otspunktiga teatud domeenil ja pordil. Sellist kontrollitaset on traditsiooniliste operatsioonisüsteemi lubadega sageli raske saavutada.

Tugi erinevatele käituskeskkondadele

Võimekuse andmise paindlikkus muudab Wasmi sobivaks paljudeks keskkondadeks:

• Pilvandmetöötlus: Kolmandate osapoolte koodi, mikroteenuste ja serverivabade funktsioonide turvaline käitamine.
• Ääretöötlus: Rakenduste kasutuselevõtt piiratud ressurssidega ja potentsiaalselt vähem usaldusväärsetel ääreseadmetel.
• Plokiahel ja nutilepingud: Turvalise ja deterministliku käituskeskkonna pakkumine nutilepingutele, tagades, et need ei saa segada plokiahela võrku ega hosti.
• Töölauarakendused: Rakenduste pistikprogrammide või laienduste turvalisema käivitamise võimaldamine.

WASI võimekuse andmise rakendamine praktikas

WASI võimekuse andmise süsteemi rakendamine hõlmab koordineerimist Wasmi mooduli arendaja, Wasmi käituskeskkonna ja potentsiaalselt orkestreerija või kasutuselevõtu keskkonna vahel.

Wasm moodulite arendajatele

Wasmi mooduleid kirjutavad arendajad peaksid:

• Ole teadlik sõltuvustest: Mõistke, milliseid süsteemi ressursse teie moodul vajab (failid, võrk jne).
• Kasuta WASI API-sid: Kasutage süsteemisuhtluseks WASI liideseid.
• Disaini vähima privileegi põhimõttel: Püüdke nõuda ainult vajalikke võimekusi. Kui teie moodul peab lugema ainult ühte konfiguratsioonifaili, kujundage see nii, et see aktsepteeriks selle faili jaoks võimekust, selle asemel et oodata täielikku failisüsteemi juurdepääsu.
• Suhtle nõuetest: Dokumenteerige selgelt, milliseid võimekusi teie moodul eeldab saavat.

Wasm'i käituskeskkondade hostidele ja orkestreerijatele

Host-keskkond mängib võimekuste andmisel kriitilist rolli:

• Keskkonna konfigureerimine: Host peab konfigureerima Wasmi käituskeskkonna konkreetsete võimekustega, mis süstitakse mooduli keskkonda. Seda konfiguratsiooni saab teha dünaamiliselt vastavalt rakenduse vajadustele või staatiliselt ehitamise ajal.
• Võimekuste vastendamine: Host vastutab abstraktsete WASI võimekuste vastendamise eest konkreetsetele süsteemi ressurssidele. Näiteks Wasmi failikirjeldaja vastendamine konkreetse host-faili tee või võrgu otspunktiga.
• Käitusaegne jõustamine: Wasmi käituskeskkond jõustab, et Wasmi moodulid saavad kasutada ainult neile antud võimekusi.

Näide: failile juurdepääsu andmine pilvekeskkonnas

Mõelge serverivabale funktsioonile, mis on kirjutatud Rustis ja kompileeritud Wasmiks ning mis on loodud kasutajaandmete lugemiseks konkreetsest S3 ämbrist ja nende töötlemiseks. Selle asemel, et anda Wasmi moodulile laiaulatuslik võrgujuurdepääs ja failisüsteemi juurdepääs, võiks pilveteenuse pakkuja Wasmi käituskeskkond:

1. Süstida võrguvõimekuse: Anda luba ühenduda S3 teenuse otspunktiga (nt s3.amazonaws.com pordil 443).
2. Süstida faili lugemise võimekuse: Potentsiaalselt vastendada konkreetne S3 objekt (pärast selle toomist) ajutise failikirjeldaja või mälupuhvriga, mida Wasmi moodul saab lugeda, andmata talle üldist failisüsteemi kirjutamisõigust.
3. Või kasutada WASI-FS-i eelnevalt avatud kataloogidega: Host võiks eelnevalt avada konkreetse kataloogi, mis sisaldab Wasmi mooduli jaoks vajalikku konfiguratsiooni või andmeid, ja edastada sellele failikirjeldaja. Wasmi moodul saaks seejärel juurde pääseda ainult failidele selles eelnevalt avatud kataloogis.

See lähenemine isoleerib Wasmi funktsiooni, takistades sellel juurdepääsu teistele pilveressurssidele või tegemast tahtmatuid võrgukutseid.

Näide: nutilepingute turvamine plokiahelas

Plokiahela valdkonnas kasutatakse Wasmi üha enam nutilepingute jaoks. Võimekuse andmise süsteem on siin eluliselt tähtis, et vältida nutilepingutel:

• Konsensusmehhanismi segamist.
• Tundlikele ahelavälistele andmetele juurdepääsu ilma selgesõnalise loata.
• Teenusetõkestusrünnakute põhjustamist plokiahela võrgus.

Nutilepingule võidakse anda võimekused, et:

• Lugeda konkreetseid olekumuutujaid plokiahelas.
• Väljastada sündmusi.
• Teostada krüptograafilisi operatsioone.
• Teha kutseid teistele eelnevalt heakskiidetud nutilepingutele.

Igasugune katse pääseda juurde volitamata ressurssidele blokeeritakse käituskeskkonna poolt, mis jõustab neid piiratud võimekusi.

Väljakutsed ja tulevikusuunad

Kuigi WASI võimekuse andmise süsteem on võimas, on olemas jätkuvaid väljakutseid ja arendusvaldkondi:

• Standardimine ja koostalitlusvõime: On ülioluline tagada, et võimekuse andmise mehhanismid oleksid järjepidevalt rakendatud erinevates Wasmi käituskeskkondades ja host-keskkondades, et saavutada tõeline teisaldatavus.
• Arendajakogemus: Arendajatele lihtsamaks teha nende moodulite nõutavate võimekuste mõistmist, määratlemist ja haldamist. Selle protsessi lihtsustamiseks on vaja tööriistu ja abstraktsioone.
• Dünaamiline võimekuse haldamine: Keerulisemate stsenaariumide jaoks võiks olla kasulik uurida mehhanisme dünaamiliseks võimekuse tühistamiseks või muutmiseks käitamise ajal.
• Ressursside piirangud: Kuigi võimekused kontrollivad, millele on juurdepääs, on ressursside piirangute (protsessor, mälu, võrgu ribalaius) jõustamine samuti kriitiline DoS-rünnakute vältimiseks. Seda hallatakse sageli koos võimekuse andmisega.

WASI töörühm tegeleb aktiivselt nende väljakutsetega, arendades pidevalt WASI spetsifikatsioone ja seotud liideseid.

Turvalise WebAssembly käivitamise globaalne mõju

WASI võimekuse andmise süsteemil on sügav mõju globaalsele tarkvara ökosüsteemile:

• Turvalise andmetöötluse demokratiseerimine: See alandab turvaliste rakenduste arendamise ja kasutuselevõtu sisenemisläve, muutes arenenud turvaparadigmad kättesaadavaks laiemale hulgale arendajatele ja organisatsioonidele üle maailma.
• Innovatsiooni soodustamine: Pakkudes turvalist keskkonda mitmesuguse koodi käitamiseks, soodustab see eksperimenteerimist ja innovatsiooni erinevates tööstusharudes, alates rahandusest ja tervishoiust kuni meelelahutuse ja logistikani.
• Uute arhitektuuride võimaldamine: See sillutab teed uudsetele rakendusarhitektuuridele, nagu näiteks hajutatud süsteemid, födereeritud õpe ja turvaline mitme osapoolega arvutus, kus komponendid peavad suhtlema ja tegutsema turvaliselt ilma kaudse usalduseta.
• Regulatiivse vastavuse tagamine: Organisatsioonidele, mis tegutsevad rangete andmekaitse-eeskirjade (nagu GDPR või CCPA) all, võib võimekuse andmisega pakutav granulaarne kontroll olla oluline vahend vastavuse demonstreerimisel ja tundlike andmete kaitsmisel.

Universaalne platvorm usaldusväärsele koodile

WebAssembly, mida toetavad WASI ja selle võimekuse andmise süsteem, on kiiresti muutumas universaalseks platvormiks usaldusväärse koodi käitamiseks. See ületab lõhe kõrgetasemeliste programmeerimiskeelte ja madala taseme süsteemi ressursside vahel, säilitades samal ajal tugeva turvalisuse.

Olenemata sellest, kas ehitate järgmise põlvkonna pilveteenuseid, võtate kasutusele rakendusi äärealadel või turvate plokiahela infrastruktuuri, on WASI võimekuse andmise süsteemi mõistmine ja kasutamine üha olulisem. See kujutab endast olulist sammu edasi turvalisema, kaasaskantavama ja koostalitlusvõimelisema arvutituleviku loomisel kõigile ja kõikjal.

Kokkuvõte

WASI võimekuse andmise süsteem on WebAssembly arengu nurgakivi teel tõeliselt universaalseks käituskeskkonnaks. Üleminekuga laiaulatuslikelt lubadelt selgesõnalistele, võltsimatutele ja vähima privileegiga võimekustele lahendab see kriitilised turvaprobleemid, mis tekivad, kui WebAssembly liigub brauserist kaugemale. See tugev lubade mudel avab uusi võimalusi usaldusväärsuseta või keeruka koodi käitamiseks mitmesugustes keskkondades, alates tundlikest pilvekasutustest kuni detsentraliseeritud plokiahela võrkudeni. Kuna WASI jätkab küpsemist, mängib võimekuse andmise süsteem kahtlemata üha kasvavat rolli turvalise ja kaasaskantava tarkvara käivitamise tuleviku kujundamisel globaalses mastaabis.