امنیت پیشرفته WebAssembly را کاوش کنید. یاد بگیرید که بخشهای سفارشی را اعتبارسنجی کنید، یکپارچگی فراداده را بررسی کنید و از دستکاری در ماژولهای Wasm خود برای برنامههای کاربردی قوی و ایمن جلوگیری کنید.
اعتبارسنجی بخش سفارشی WebAssembly: یک بررسی عمیق در یکپارچگی فراداده
WebAssembly (Wasm) فراتر از نقش اولیهی خود به عنوان تقویتکنندهی عملکرد مبتنی بر مرورگر برای برنامههای کاربردی وب تکامل یافته است. این فناوری به یک هدف کامپایل جهانی، قابل حمل و ایمن برای محیطهای ابری بومی، محاسبات لبه، اینترنت اشیا، بلاک چین و معماریهای افزونه تبدیل شده است. مدل اجرای سندباکسشدهی آن یک پایهی امنیتی قوی را فراهم میکند، اما مانند هر فناوری قدرتمند دیگری، جزئیات اهمیت دارند. یکی از این جزئیات، که هم منبع انعطافپذیری بالایی است و هم نقطهی کور امنیتی بالقوه، بخش سفارشی است.
در حالی که زمان اجرای WebAssembly به شدت بخشهای کد و حافظه یک ماژول را اعتبارسنجی میکند، به گونهای طراحی شده است که بخشهای سفارشی را که تشخیص نمیدهد، به طور کامل نادیده بگیرد. این ویژگی ابزارهای زنجیرهای و توسعهدهندگان را قادر میسازد تا فرادادهی دلخواه - از نمادهای اشکالزدایی گرفته تا ABI قرارداد هوشمند - را بدون شکستن سازگاری جاسازی کنند. با این حال، این رفتار 'نادیده گرفتن پیشفرض' همچنین دری را برای دستکاری فراداده، حملات زنجیره تامین و سایر آسیبپذیریها باز میکند. چگونه میتوانید به دادههای موجود در این بخشها اعتماد کنید؟ چگونه اطمینان حاصل میکنید که به طور مخرب تغییر نکردهاند؟
این راهنمای جامع به بررسی شیوهی حیاتی اعتبارسنجی بخش سفارشی WebAssembly میپردازد. ما بررسی خواهیم کرد که چرا این فرآیند برای ساخت سیستمهای امن ضروری است، تکنیکهای مختلف بررسی یکپارچگی - از هش کردن ساده تا امضاهای دیجیتال قوی - را تشریح میکنیم و بینشهای عملی برای پیادهسازی این بررسیها در برنامههای کاربردی خود ارائه میدهیم.
درک فرمت باینری WebAssembly: یک یادآوری سریع
برای درک چالش اعتبارسنجی بخش سفارشی، ابتدا درک ساختار اساسی یک ماژول باینری Wasm ضروری است. یک فایل .wasm فقط یک قطعه کد ماشین نیست. بلکه یک فرمت باینری بسیار ساختاریافته است که از 'بخشهای' مجزا تشکیل شده است که هر کدام هدف خاصی دارند.
یک ماژول Wasm معمولی با یک عدد جادویی (\0asm) و یک شماره نسخه شروع میشود و به دنبال آن یک سری بخشها قرار میگیرند. این بخشها به شرح زیر دستهبندی میشوند:
- بخشهای شناخته شده: این بخشها توسط مشخصات WebAssembly تعریف شدهاند و توسط تمام زمانهای اجرای سازگار درک میشوند. آنها دارای یک ID بخش غیر صفر هستند. مثالها عبارتند از:
- بخش نوع (ID 1): امضاهای توابع مورد استفاده در ماژول را تعریف میکند.
- بخش تابع (ID 3): هر تابع را با یک امضا از بخش نوع مرتبط میکند.
- بخش حافظه (ID 5): حافظه خطی ماژول را تعریف میکند.
- بخش صادرات (ID 7): توابع، حافظهها یا متغیرهای سراسری را برای محیط میزبان در دسترس قرار میدهد.
- بخش کد (ID 10): شامل بایتکد اجرایی واقعی برای هر تابع است.
- بخشهای سفارشی: این حوزهی تمرکز ما است. یک بخش سفارشی با شناسه بخش 0 شناسایی میشود. مشخصات Wasm تصریح میکند که زمانهای اجرا و ابزارها باید بیصدا هر بخش سفارشی را که درک نمیکنند، نادیده بگیرند.
کالبدشکافی یک بخش سفارشی
ساختار یک بخش سفارشی عمداً عمومی است تا حداکثر انعطافپذیری را فراهم کند. از سه بخش تشکیل شده است:
- شناسه بخش: همیشه 0.
- نام: رشتهای که هدف بخش سفارشی را مشخص میکند (به عنوان مثال، "name"، "dwarf_info"، "component-type"). این نام به ابزارها اجازه میدهد تا بخشهایی را که به آنها اهمیت میدهند پیدا کرده و تفسیر کنند.
- بار: یک دنبالهی دلخواه از بایتها. محتوا و قالب این بار به طور کامل به ابزار یا برنامهای که آن را ایجاد کرده است بستگی دارد. زمان اجرای Wasm هیچ محدودیتی برای این دادهها قائل نمیشود.
این طراحی یک شمشیر دولبه است. این همان چیزی است که به اکوسیستم اجازه میدهد تا نوآوری کند و فرادادهی غنی مانند اطلاعات وحشت Rust، دادههای زمان اجرای Go یا تعاریف مدل Component را جاسازی کند. اما همچنین به همین دلیل است که یک زمان اجرای استاندارد Wasm نمیتواند این دادهها را اعتبارسنجی کند—زیرا هیچ ایدهای ندارد که این دادهها قرار است چه باشند.
نقطه کور امنیتی: چرا فرادادهی تأیید نشده یک خطر است
مشکل اصلی امنیتی از رابطهی اعتماد بین ماژول Wasm و ابزارها یا برنامههای میزبان که فرادادهی آن را مصرف میکنند ناشی میشود. در حالی که زمان اجرای Wasm کد را با خیال راحت اجرا میکند، سایر بخشهای سیستم شما ممکن است به طور ضمنی به دادههای موجود در بخشهای سفارشی اعتماد کنند. این اعتماد میتواند به چند طریق مورد سوء استفاده قرار گیرد.
بردارهای حمله از طریق بخشهای سفارشی
- دستکاری فراداده: یک مهاجم میتواند یک بخش سفارشی را برای گمراه کردن توسعهدهندگان یا ابزارها تغییر دهد. تصور کنید که اطلاعات اشکالزدایی (DWARF) را تغییر میدهید تا به خطوط کد منبع اشتباه اشاره کند و منطق مخرب را در طول ممیزی امنیتی پنهان کند. یا، در یک زمینه بلاک چین، تغییر ABI (رابط باینری برنامه) یک قرارداد هوشمند که در یک بخش سفارشی ذخیره شده است، میتواند باعث شود یک برنامه غیرمتمرکز (dApp) تابع اشتباهی را فراخوانی کند و منجر به ضرر مالی شود.
- انکار سرویس (DoS): در حالی که زمان اجرای Wasm بخشهای سفارشی ناشناخته را نادیده میگیرد، زنجیرهی ابزار این کار را نمیکند. کامپایلرها، پیونددهندهها، اشکالزداها و ابزارهای تجزیه و تحلیل ایستا اغلب بخشهای سفارشی خاصی را تجزیه میکنند. یک مهاجم میتواند یک بخش سفارشی بدشکل ایجاد کند (به عنوان مثال، با یک پیشوند طول نادرست یا ساختار داخلی نامعتبر) که به طور خاص برای از کار انداختن این ابزارها طراحی شده است و باعث اختلال در خطوط توسعه و استقرار شود.
- حملات زنجیره تامین: یک کتابخانه محبوب که به عنوان یک ماژول Wasm توزیع میشود، میتواند یک بخش سفارشی مخرب داشته باشد که توسط یک سرور ساخت در معرض خطر یا یک حمله مرد میانی به آن تزریق شده است. این بخش ممکن است حاوی دادههای پیکربندی مخرب باشد که بعداً توسط یک برنامه میزبان یا ابزار ساخت خوانده میشود و به آن دستور میدهد یک وابستگی مخرب را بارگیری کند یا دادههای حساس را استخراج کند.
- اطلاعات منشأ گمراهکننده: بخشهای سفارشی اغلب برای ذخیره اطلاعات ساخت، هشهای کد منبع یا دادههای مجوز استفاده میشوند. یک مهاجم میتواند این دادهها را تغییر دهد تا منشأ یک ماژول مخرب را پنهان کند، آن را به یک توسعهدهنده مورد اعتماد نسبت دهد یا مجوز آن را از یک مجوز محدودکننده به یک مجوز مجاز تغییر دهد.
در تمام این سناریوها، ماژول Wasm خود ممکن است به طور کامل در داخل سندباکس اجرا شود. آسیبپذیری در اکوسیستم اطراف ماژول Wasm نهفته است که بر اساس فرادادهای که فرض میشود قابل اعتماد است، تصمیمگیری میکند.
تکنیکهایی برای بررسی یکپارچگی فراداده
برای کاهش این خطرات، باید از یک مدل اعتماد ضمنی به یک مدل تأیید صریح حرکت کنید. این شامل پیادهسازی یک لایه اعتبارسنجی است که یکپارچگی و اعتبار بخشهای سفارشی حیاتی را قبل از استفاده از آنها بررسی میکند. بیایید چندین تکنیک را بررسی کنیم، از ساده تا رمزنگاری ایمن.
1. هش کردن و جمع بررسی
سادهترین شکل بررسی یکپارچگی، استفاده از یک تابع هش رمزنگاری (مانند SHA-256) است.
- نحوه کار: در طول فرآیند ساخت، پس از ایجاد یک بخش سفارشی (به عنوان مثال،
my_app_metadata)، هش SHA-256 آن را محاسبه میکنید. سپس این هش در یک بخش سفارشی اختصاصی دیگر (به عنوان مثال،my_app_metadata.sha256) یا در یک فایل مانیفست خارجی که ماژول Wasm را همراهی میکند، ذخیره میشود. - تأیید: برنامه یا ابزار مصرفکننده بخش
my_app_metadataرا میخواند، هش آن را محاسبه میکند و آن را با هش ذخیره شده مقایسه میکند. اگر مطابقت داشته باشند، دادهها از زمان محاسبه هش تغییر نکردهاند. اگر مطابقت نداشته باشند، ماژول به عنوان دستکاری شده رد میشود.
مزایا:
- پیادهسازی ساده و از نظر محاسباتی سریع.
- محافظت عالی در برابر خرابی تصادفی و اصلاح عمدی ارائه میدهد.
معایب:
- بدون اعتبار: هش کردن ثابت میکند که دادهها تغییر نکردهاند، اما ثابت نمیکند که چه کسی آن را ایجاد کرده است. یک مهاجم میتواند بخش سفارشی را تغییر دهد، هش را دوباره محاسبه کند و بخش هش را نیز به روز کند. این فقط در صورتی کار میکند که خود هش در یک مکان امن و ضد دستکاری ذخیره شود.
- به یک کانال ثانویه برای اعتماد به خود هش نیاز دارد.
2. امضاهای دیجیتال (رمزنگاری نامتقارن)
برای یک تضمین بسیار قویتر که هم یکپارچگی و هم اعتبار را فراهم میکند، امضاهای دیجیتال استاندارد طلایی هستند.
- نحوه کار: این تکنیک از یک جفت کلید عمومی/خصوصی استفاده میکند. سازنده ماژول Wasm یک کلید خصوصی در اختیار دارد.
- ابتدا، یک هش رمزنگاری از بار بخش سفارشی محاسبه میشود، درست مانند روش قبلی.
- سپس این هش با استفاده از کلید خصوصی سازنده رمزگذاری (امضا) میشود.
- امضای حاصل در یک بخش سفارشی دیگر (به عنوان مثال،
my_app_metadata.sig) ذخیره میشود. کلید عمومی مربوطه باید در اختیار تأییدکننده قرار گیرد. کلید عمومی میتواند در برنامه میزبان جاسازی شود، از یک رجیستری قابل اعتماد دریافت شود یا حتی در یک بخش سفارشی دیگر قرار گیرد (اگرچه این امر به یک مکانیسم جداگانه برای اعتماد به خود کلید عمومی نیاز دارد).
- تأیید: مصرفکننده ماژول Wasm این مراحل را انجام میدهد:
- هش بار بخش
my_app_metadataرا محاسبه میکند. - امضا را از بخش
my_app_metadata.sigمیخواند. - با استفاده از کلید عمومی سازنده، امضا را رمزگشایی میکند تا هش اصلی را نشان دهد.
- هش رمزگشایی شده را با هشی که در مرحله اول محاسبه کرده است مقایسه میکند. اگر مطابقت داشته باشند، امضا معتبر است. این دو چیز را ثابت میکند: دادهها دستکاری نشدهاند (یکپارچگی)، و توسط دارنده کلید خصوصی امضا شده است (اصالت/منشأ).
- هش بار بخش
مزایا:
- تضمینهای قوی هم از یکپارچگی و هم از اصالت ارائه میدهد.
- کلید عمومی میتواند بدون به خطر انداختن امنیت به طور گسترده توزیع شود.
- اساس زنجیرههای تامین نرمافزار امن را تشکیل میدهد.
معایب:
- پیادهسازی و مدیریت پیچیدهتر (تولید کلید، توزیع و ابطال).
- سربار محاسباتی کمی بیشتر در طول تأیید در مقایسه با هش کردن ساده.
3. اعتبارسنجی مبتنی بر طرحواره
بررسیهای یکپارچگی و اصالت اطمینان میدهند که دادهها تغییر نکردهاند و از یک منبع قابل اعتماد هستند، اما تضمین نمیکنند که دادهها به خوبی شکل گرفتهاند. یک بخش سفارشی از نظر ساختاری نامعتبر همچنان میتواند یک تجزیهکننده را از کار بیندازد. اعتبارسنجی مبتنی بر طرحواره به این موضوع میپردازد.
- نحوه کار: یک طرحواره دقیق برای فرمت باینری بار بخش سفارشی خود تعریف میکنید. این طرحواره میتواند با استفاده از قالبی مانند پروتکل بافرها، FlatBuffers یا حتی یک مشخصات سفارشی تعریف شود. طرحواره توالی مورد انتظار انواع داده، طولها و ساختارها را دیکته میکند.
- تأیید: اعتبارسنج یک تجزیهکننده است که تلاش میکند بار بخش سفارشی را مطابق با طرحواره از پیش تعریف شده رمزگشایی کند. اگر تجزیه بدون خطا موفقیتآمیز باشد (به عنوان مثال، بدون سرریز بافر، بدون عدم تطابق نوع، تمام فیلدهای مورد انتظار وجود دارند)، بخش از نظر ساختاری معتبر در نظر گرفته میشود. اگر تجزیه در هر نقطهای با شکست مواجه شود، بخش رد میشود.
مزایا:
- از تجزیهکنندهها در برابر دادههای بدشکل محافظت میکند و از یک دسته از حملات DoS جلوگیری میکند.
- سازگاری و صحت را در فراداده اعمال میکند.
- به عنوان یک نوع مستندسازی برای فرمت داده سفارشی شما عمل میکند.
معایب:
- در برابر یک مهاجم ماهر که یک بار از نظر ساختاری معتبر اما از نظر معنایی مخرب ایجاد میکند، محافظت نمیکند.
- نیاز به نگهداری طرحواره و کد اعتبارسنج دارد.
یک رویکرد لایهای: بهترین از همه دنیاها
این تکنیکها متقابلاً انحصاری نیستند. در واقع، آنها زمانی قدرتمندتر هستند که در یک استراتژی امنیتی لایهای ترکیب شوند:
خط لوله اعتبارسنجی پیشنهادی:
- محلیابی و جداسازی: ابتدا ماژول Wasm را تجزیه کنید تا بخش سفارشی هدف (به عنوان مثال،
my_app_metadata) و بخش امضای مربوطه آن (my_app_metadata.sig) را پیدا کنید. - تأیید اصالت و یکپارچگی: از امضای دیجیتال برای تأیید اینکه بخش
my_app_metadataمعتبر است و دستکاری نشده است، استفاده کنید. اگر این بررسی با شکست مواجه شد، ماژول را بلافاصله رد کنید. - تأیید ساختار: اگر امضا معتبر است، به تجزیه بار
my_app_metadataبا استفاده از اعتبارسنج مبتنی بر طرحواره خود ادامه دهید. اگر بدشکل است، ماژول را رد کنید. - استفاده از دادهها: فقط پس از عبور هر دو بررسی میتوانید با خیال راحت به فراداده اعتماد کرده و از آن استفاده کنید.
این رویکرد لایهای تضمین میکند که شما نه تنها از دستکاری دادهها محافظت میشوید، بلکه از حملات مبتنی بر تجزیه نیز محافظت میشوید و یک وضعیت امنیتی دفاع در عمق قوی ارائه میدهد.
پیادهسازی عملی و ابزار
پیادهسازی این اعتبارسنجی به ابزارهایی نیاز دارد که بتوانند باینریهای Wasm را دستکاری و بازرسی کنند. اکوسیستم چندین گزینه عالی را ارائه میدهد.
ابزار برای دستکاری بخشهای سفارشی
- wasm-tools: مجموعهای از ابزارهای خط فرمان و یک جعبه Rust برای تجزیه، چاپ و دستکاری باینریهای Wasm. میتوانید از آن برای افزودن، حذف یا بررسی بخشهای سفارشی به عنوان بخشی از یک اسکریپت ساخت استفاده کنید. به عنوان مثال، دستور
wasm-tools stripمیتواند برای حذف بخشهای سفارشی استفاده شود، در حالی که برنامههای سفارشی را میتوان با جعبهwasm-toolsبرای افزودن امضاها ساخت. - Binaryen: یک کتابخانه زیرساخت کامپایلر و زنجیره ابزار برای WebAssembly. ابزار
wasm-optآن میتواند برای تبدیلهای مختلف استفاده شود، و API C++ آن کنترل دقیقی بر ساختار ماژول، از جمله بخشهای سفارشی، ارائه میدهد. - زنجیرههای ابزار ویژه زبان: ابزارهایی مانند
wasm-bindgen(برای Rust) یا کامپایلرها برای سایر زبانها اغلب مکانیسمها یا افزونههایی برای تزریق بخشهای سفارشی در طول فرآیند کامپایل ارائه میدهند.
کد شبه برای یک اعتبارسنج
در اینجا یک مثال مفهومی و سطح بالا از آنچه یک تابع اعتبارسنج در یک برنامه میزبان ممکن است به نظر برسد آورده شده است:
function validateWasmModule(wasmBytes, trustedPublicKey) { // Step 1: Parse the module to find relevant sections const module = parseWasmSections(wasmBytes); const metadataSection = module.findCustomSection("my_app_metadata"); const signatureSection = module.findCustomSection("my_app_metadata.sig"); if (!metadataSection || !signatureSection) { throw new Error("Required metadata or signature section is missing."); } // Step 2: Verify the digital signature const metadataPayload = metadataSection.payload; const signature = signatureSection.payload; const isSignatureValid = crypto.verify(metadataPayload, signature, trustedPublicKey); if (!isSignatureValid) { throw new Error("Metadata signature is invalid. Module may be tampered."); } // Step 3: Perform schema-based validation try { const parsedMetadata = MyAppSchema.decode(metadataPayload); // The data is valid and can be trusted return { success: true, metadata: parsedMetadata }; } catch (error) { throw new Error("Metadata is structurally invalid: " + error.message); } }
موارد استفاده در دنیای واقعی
نیاز به اعتبارسنجی بخش سفارشی نظری نیست. این یک نیاز عملی در بسیاری از موارد استفاده مدرن Wasm است.
- قراردادهای هوشمند امن در یک بلاک چین: ABI یک قرارداد هوشمند توابع عمومی آن را توصیف میکند. اگر این ABI در یک بخش سفارشی ذخیره شده باشد، باید امضا شود. این امر از فریب دادن کیف پول کاربر یا یک dApp توسط بازیگران مخرب برای تعامل نادرست با قرارداد با ارائه یک ABI جعلی جلوگیری میکند.
- فهرست مواد نرمافزاری قابل تأیید (SBOM): برای افزایش امنیت زنجیره تامین، یک ماژول Wasm میتواند SBOM خود را در یک بخش سفارشی جاسازی کند. امضای این بخش تضمین میکند که لیست وابستگیها معتبر است و برای پنهان کردن یک جزء آسیبپذیر یا مخرب تغییر نکرده است. مصرفکنندگان ماژول میتوانند به طور خودکار محتویات آن را قبل از استفاده تأیید کنند.
- سیستمهای افزونه امن: یک برنامه میزبان (مانند یک پراکسی، یک پایگاه داده یا یک ابزار خلاقانه) میتواند از Wasm برای معماری افزونه خود استفاده کند. قبل از بارگیری یک افزونه شخص ثالث، میزبان میتواند یک بخش سفارشی
permissionsامضا شده را بررسی کند. این بخش میتواند قابلیتهای مورد نیاز افزونه را اعلام کند (به عنوان مثال، دسترسی به سیستم فایل، دسترسی به شبکه). امضا تضمین میکند که مجوزها توسط یک مهاجم پس از انتشار افزایش نیافتهاند. - توزیع قابل آدرسدهی محتوا: با هش کردن تمام بخشهای یک ماژول Wasm، از جمله فراداده، میتوان یک شناسه منحصر به فرد برای آن ساخت خاص ایجاد کرد. این در سیستمهای ذخیرهسازی قابل آدرسدهی محتوا مانند IPFS استفاده میشود، جایی که یکپارچگی یک اصل اصلی است. اعتبارسنجی بخشهای سفارشی بخش مهمی از تضمین این هویت قطعی است.
آینده: استانداردسازی و مدل Component
جامعه WebAssembly اهمیت یکپارچگی ماژول را تشخیص میدهد. بحثهای مداومی در گروه انجمن Wasm در مورد استانداردسازی امضای ماژول و سایر ابتداییهای امنیتی در جریان است. یک رویکرد استانداردشده به زمانهای اجرا و ابزارها اجازه میدهد تا تأیید را به صورت بومی انجام دهند و فرآیند را برای توسعهدهندگان ساده کنند.
علاوه بر این، مدل Component WebAssembly در حال ظهور هدف دارد نحوه تعامل ماژولهای Wasm با یکدیگر و میزبان را استاندارد کند. این مدل رابطهای سطح بالا را در یک بخش سفارشی به نام component-type تعریف میکند. یکپارچگی این بخش برای امنیت کل اکوسیستم Component از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود و تکنیکهای اعتبارسنجی مورد بحث در اینجا را حتی حیاتیتر میکند.
نتیجهگیری: از اعتماد به تأیید
بخشهای سفارشی WebAssembly انعطافپذیری ضروری را فراهم میکنند و به اکوسیستم اجازه میدهند فراداده غنی و خاص دامنه را مستقیماً در ماژولها جاسازی کند. با این حال، این انعطافپذیری با مسئولیت تأیید همراه است. رفتار پیشفرض زمانهای اجرای Wasm - نادیده گرفتن آنچه درک نمیکنند - یک شکاف اعتمادی ایجاد میکند که میتواند مورد سوء استفاده قرار گیرد.
به عنوان یک توسعهدهنده یا معمار که با WebAssembly میسازید، باید طرز فکر خود را از اعتماد ضمنی به فراداده به تأیید صریح آن تغییر دهید. با پیادهسازی یک استراتژی اعتبارسنجی لایهای که بررسیهای طرحواره برای صحت ساختاری و امضاهای دیجیتال برای یکپارچگی و اصالت را ترکیب میکند، میتوانید این شکاف امنیتی را ببندید.
ساخت یک اکوسیستم Wasm امن، قوی و قابل اعتماد مستلزم تلاش در هر لایه است. اجازه ندهید فراداده شما حلقه ضعیف در زنجیره امنیتی شما باشد. بخشهای سفارشی خود را اعتبارسنجی کنید، از برنامههای کاربردی خود محافظت کنید و با اطمینان بسازید.