Modèle de sécurité WebAssembly WASI : Contrôle d'accès basé sur les capacités

WebAssembly (Wasm) s'est imposé comme une technologie révolutionnaire pour la création d'applications hautes performances, portables et sécurisées. Son objectif initial était le navigateur web, mais ses capacités s'étendent bien au-delà. Le WebAssembly System Interface (WASI) est la clé pour libérer le potentiel de WebAssembly pour la programmation système et les applications côté serveur. Au cœur de WASI se trouve un modèle de sécurité robuste basé sur le contrôle d'accès par capacités. Cet article offre un aperçu complet du modèle de sécurité de WASI et de la manière dont il permet aux développeurs de créer des applications sécurisées et portables qui peuvent s'exécuter n'importe où.

Qu'est-ce que WebAssembly (Wasm) ?

WebAssembly est un format d'instruction binaire conçu comme une cible de compilation portable pour les langages de programmation. Il permet des performances quasi natives sur le web et d'autres plateformes. Les principales caractéristiques de WebAssembly sont :

• Portabilité : Les binaires Wasm peuvent s'exécuter sur n'importe quelle plateforme prenant en charge l'environnement d'exécution WebAssembly.
• Performance : Wasm atteint des performances quasi natives grâce à son format binaire efficace et à ses moteurs d'exécution optimisés.
• Sécurité : L'environnement isolé (sandboxed) de Wasm fournit un contexte d'exécution sécurisé.
• Modularité : Wasm favorise la modularité et la réutilisation du code en permettant aux développeurs de créer et de combiner des composants réutilisables.

Le besoin de WASI : Interface système WebAssembly

Bien que WebAssembly se soit initialement concentré sur l'exécution dans le navigateur web, son potentiel pour les applications côté serveur et embarquées est devenu évident. Cependant, WebAssembly dans le navigateur dispose d'un ensemble limité d'API auxquelles il peut accéder. Pour permettre à Wasm d'interagir avec le système d'exploitation hôte, l'interface système WebAssembly (WASI) a été créée.

WASI fournit une interface système standardisée qui permet aux modules WebAssembly d'accéder aux ressources du système d'exploitation de manière sécurisée et portable. Au lieu de s'appuyer sur des API spécifiques au navigateur, les modules Wasm peuvent utiliser WASI pour effectuer des tâches telles que :

• Accéder au système de fichiers
• Effectuer des opérations réseau
• Interagir avec la console
• Gérer la mémoire

L'objectif principal de WASI est de fournir un environnement sécurisé et portable pour l'exécution des modules WebAssembly en dehors du navigateur web. Cela ouvre de nouvelles possibilités d'utilisation de WebAssembly dans un large éventail d'applications, notamment :

• Fonctions sans serveur
• Outils en ligne de commande
• Systèmes embarqués
• Applications de bureau

Contrôle d'accès basé sur les capacités : Le fondement de la sécurité WASI

Le modèle de sécurité de WASI est basé sur le principe du contrôle d'accès par capacités. Les capacités sont des jetons inaltérables qui accordent des droits spécifiques à un module WebAssembly. Contrairement aux systèmes de contrôle d'accès traditionnels qui reposent sur les identités ou les rôles des utilisateurs, le contrôle d'accès basé sur les capacités se concentre sur ce qu'un programme est autorisé à faire, plutôt que sur qui exécute le programme.

Voici comment fonctionne le contrôle d'accès basé sur les capacités dans WASI :

1. Les capacités comme jetons : Une capacité est représentée comme un jeton opaque qui accorde un droit spécifique, tel que la capacité de lire un fichier ou d'écrire dans un répertoire.
2. Octroi explicite des capacités : Les capacités sont accordées à un module Wasm explicitement par l'environnement hôte. Le module ne peut pas créer ou falsifier des capacités par lui-même.
3. Portée limitée : Les capacités ont une portée limitée, ce qui signifie qu'elles n'accordent l'accès qu'à des ressources ou des opérations spécifiques. Par exemple, une capacité peut accorder l'accès en lecture à un fichier spécifique, mais pas à d'autres fichiers du même répertoire.
4. Aucun accès implicite : Les modules Wasm n'ont aucun accès implicite aux ressources du système. Ils ne peuvent accéder qu'aux ressources pour lesquelles une capacité leur a été explicitement accordée.

Cette approche offre plusieurs avantages par rapport aux mécanismes de contrôle d'accès traditionnels :

• Contrôle granulaire : Le contrôle d'accès basé sur les capacités permet un contrôle granulaire de l'accès aux ressources du système. L'environnement hôte peut n'accorder que les droits nécessaires à chaque module Wasm.
• Surface d'attaque réduite : En limitant la portée de l'accès, le contrôle d'accès basé sur les capacités réduit la surface d'attaque du système. Même si un module Wasm est compromis, l'attaquant ne pourra accéder qu'aux ressources pour lesquelles le module a une capacité.
• Sécurité améliorée : Le contrôle d'accès basé sur les capacités améliore la sécurité du système en empêchant les modules Wasm d'effectuer des actions non autorisées.
• Portabilité accrue : Le modèle basé sur les capacités améliore la portabilité. Tant que l'hôte fournit les capacités nécessaires, le module Wasm fonctionnera correctement sans nécessiter de modifications spécifiques au niveau du système.

Exemples pratiques de capacités WASI

Pour illustrer le fonctionnement du contrôle d'accès basé sur les capacités dans WASI, examinons quelques exemples pratiques :

Accès au système de fichiers

Dans WASI, l'accès au système de fichiers est contrôlé par des capacités. Un module Wasm qui a besoin de lire un fichier doit se voir accorder une capacité qui lui permet d'ouvrir le fichier en mode lecture seule. La capacité spécifiera le fichier exact auquel le module est autorisé à accéder.

Par exemple, considérons un module Wasm qui a besoin de lire un fichier de configuration nommé `config.ini`. L'environnement hôte accorderait au module une capacité qui lui permet d'ouvrir `config.ini` en lecture. Le module ne pourrait pas accéder à d'autres fichiers sur le système, sauf s'il lui est accordé une capacité distincte pour chaque fichier.

Voici une illustration simplifiée de la façon dont cela pourrait fonctionner en code (note : il s'agit d'un exemple conceptuel, pas de code WASI réel) :

            
// L'environnement hôte accorde une capacité au module Wasm
Capability readFileCapability = createReadFileCapability("config.ini");
grantCapability(wasmModule, readFileCapability);

// À l'intérieur du module Wasm :
File file = open("config.ini", readFileCapability); // Nécessite la capacité pour ouvrir
String contents = file.readAll();
file.close();

            

              
                Copy
              
            
          

Accès réseau

De même, l'accès réseau dans WASI est contrôlé par des capacités. Un module Wasm qui a besoin d'établir des connexions réseau doit se voir accorder une capacité qui lui permet de se connecter à des hôtes ou des ports spécifiques.

Par exemple, un module Wasm qui a besoin d'envoyer des requêtes HTTP à `api.example.com` se verrait accorder une capacité qui lui permet de se connecter à ce nom d'hôte spécifique sur le port 80 ou 443. Le module ne pourrait pas se connecter à d'autres hôtes, sauf s'il lui est accordé une capacité distincte pour chaque hôte.

Exemple de code conceptuel :

            
// L'hôte accorde la capacité de se connecter à api.example.com
Capability connectCapability = createConnectCapability("api.example.com", 443);
grantCapability(wasmModule, connectCapability);

// Le module Wasm utilise la capacité
Socket socket = connect("api.example.com", 443, connectCapability); // Nécessite la capacité
socket.send("GET /data HTTP/1.1\nHost: api.example.com\n\n");

            

              
                Copy
              
            
          

Variables d'environnement

L'accès aux variables d'environnement est également géré par des capacités. L'environnement hôte peut accorder une capacité pour permettre à un module Wasm de lire des variables d'environnement spécifiques. Le module ne pourra accéder qu'aux variables d'environnement pour lesquelles une capacité lui a été accordée.

Par exemple, si un module Wasm a besoin de la variable d'environnement `API_KEY`, l'hôte accorderait une capacité spécifiquement pour la lecture de cette variable. Le module n'aurait pas accès à d'autres variables d'environnement comme `PATH` ou `HOME`.

Exemple de code conceptuel :

            
// L'hôte accorde la capacité de lire API_KEY
Capability readApiKeyCapability = createReadEnvVarCapability("API_KEY");
grantCapability(wasmModule, readApiKeyCapability);

// Le module Wasm utilise la capacité
String apiKey = getEnvVar("API_KEY", readApiKeyCapability); // Nécessite la capacité

            

              
                Copy
              
            
          

Avantages de la sécurité basée sur les capacités de WASI

Posture de sécurité améliorée

En imposant le principe du moindre privilège, le modèle de sécurité de WASI minimise l'impact potentiel des vulnérabilités de sécurité. Même si un module Wasm est compromis, l'accès de l'attaquant est limité aux capacités accordées au module, l'empêchant d'accéder à d'autres ressources sensibles.

Portabilité et reproductibilité améliorées

La déclaration explicite des capacités facilite la compréhension et la justification des exigences de sécurité d'un module Wasm. Cela améliore la portabilité en garantissant que le module ne peut accéder qu'aux ressources qu'il requiert explicitement. Cela améliore également la reproductibilité en fournissant une spécification claire des dépendances du module.

Audit de sécurité et conformité simplifiés

Le contrôle d'accès basé sur les capacités simplifie l'audit de sécurité et la conformité. En examinant les capacités accordées à un module Wasm, les auditeurs peuvent facilement vérifier que le module n'a accès qu'aux ressources dont il a besoin. Cela facilite la conformité aux réglementations de sécurité et aux normes de l'industrie.

Soutien à la compartimentalisation sécurisée

Le modèle de sécurité de WASI permet une compartimentalisation sécurisée en permettant aux développeurs de créer des composants réutilisables qui peuvent être composés en toute sécurité. Chaque composant peut se voir accorder un ensemble spécifique de capacités, garantissant qu'il ne peut effectuer que les opérations qu'il est autorisé à exécuter. Cela favorise la modularité et la réutilisation du code sans compromettre la sécurité.

Défis et considérations

Bien que le modèle de sécurité basé sur les capacités de WASI offre des avantages significatifs, il existe également des défis et des considérations à prendre en compte :

Complexité de la gestion des capacités

La gestion des capacités peut être complexe, en particulier dans les applications vastes et complexes. Les développeurs doivent examiner attentivement les capacités requises par chaque module et s'assurer qu'elles sont accordées avec les droits appropriés. Cela nécessite une planification et une conception minutieuses.

Surcoût de performance

Il peut y avoir un léger surcoût de performance associé au contrôle d'accès basé sur les capacités. L'environnement hôte doit vérifier que le module Wasm possède les capacités nécessaires avant de lui permettre d'accéder à une ressource. Cependant, ce surcoût est généralement faible et est compensé par les avantages en matière de sécurité.

Adoption et outillage

WASI est une technologie relativement nouvelle, et l'écosystème est encore en évolution. Il y a un besoin d'outils et de bibliothèques supplémentaires pour faciliter le travail des développeurs avec WASI et son modèle de sécurité. À mesure que WASI gagnera en adoption, l'outillage et l'écosystème continueront de s'améliorer.

Accessibilité et normalisation mondiales

La normalisation continue et la collaboration internationale sont essentielles pour l'accessibilité mondiale de WASI. Les efforts de normalisation doivent prendre en compte les différents contextes culturels, les langues et les exigences régionales pour garantir que WASI puisse être utilisé efficacement dans des environnements divers.

Cas d'utilisation réels

Informatique sans serveur (Serverless Computing)

WASI est bien adapté aux environnements d'informatique sans serveur, où la sécurité et l'isolation sont primordiales. Les modules Wasm peuvent être déployés en tant que fonctions sans serveur et exécutés dans un bac à sable sécurisé, les empêchant d'accéder à des ressources sensibles ou d'interférer avec d'autres fonctions. Les exemples incluent l'utilisation de WASI pour le traitement d'images, l'analyse de données et les passerelles API.

Edge Computing

WASI permet l'exécution sécurisée et efficace d'applications sur les appareils périphériques (edge devices), tels que les appareils IoT et les téléphones mobiles. Les modules Wasm peuvent être déployés sur des appareils périphériques et exécutés dans un environnement à ressources contraintes, offrant un moyen sécurisé et portable d'exécuter des applications plus près de la source de données. Par exemple, l'utilisation de WASI pour le traitement des données de capteurs, l'inférence d'apprentissage automatique et l'automatisation de la maison intelligente.

Outils en ligne de commande

WASI peut être utilisé pour créer des outils en ligne de commande sécurisés et portables. Les modules Wasm peuvent être compilés en binaires exécutables qui peuvent être exécutés sur n'importe quelle plateforme prenant en charge WASI. Cela permet aux développeurs de créer des outils en ligne de commande à la fois sécurisés et portables. Un exemple est la création d'un outil de manipulation d'images sécurisé et portable.

Systèmes embarqués

La nature légère et sécurisée de WASI le rend idéal pour les systèmes embarqués. Les applications fonctionnant sur des microcontrôleurs ou d'autres appareils embarqués peuvent bénéficier des capacités de sandboxing de WASI et de son faible encombrement, garantissant l'efficacité des ressources et la sécurité dans des applications critiques comme les systèmes de contrôle industriel ou les systèmes automobiles.

L'avenir de WASI et de la sécurité WebAssembly

Amélioration de l'outillage et de l'expérience de développement

Davantage d'outils et de bibliothèques seront développés pour faciliter le travail des développeurs avec WASI et son modèle de sécurité. Cela inclura des intégrations IDE, des outils de débogage et des outils de génération de code.

Fonctionnalités de sécurité améliorées

De nouvelles fonctionnalités de sécurité seront ajoutées à WASI pour renforcer encore sa posture de sécurité. Cela peut inclure des fonctionnalités telles que la protection de la mémoire à grain fin, l'intégrité du flux de contrôle et des outils d'analyse dynamique.

Intégration avec d'autres technologies de sécurité

WASI sera intégré à d'autres technologies de sécurité, telles que les modules de sécurité matériels (HSM) et les environnements d'exécution fiables (TEE), pour offrir des garanties de sécurité encore plus solides.

Normalisation et collaboration communautaire

La poursuite des efforts de normalisation et de la collaboration communautaire sera essentielle au succès à long terme de WASI. Cela garantira que WASI reste une plateforme sécurisée, portable et interopérable pour l'exécution des modules WebAssembly.

Conclusion

Le modèle de contrôle d'accès basé sur les capacités de WebAssembly WASI fournit une base robuste et sécurisée pour la construction d'applications portables et sécurisées. En accordant explicitement des capacités aux modules Wasm, WASI garantit qu'ils ne peuvent accéder qu'aux ressources dont ils ont besoin, minimisant l'impact potentiel des vulnérabilités de sécurité et favorisant un écosystème plus sécurisé pour les applications WebAssembly sur diverses plateformes. À mesure que WASI continue d'évoluer et de gagner en adoption, il jouera un rôle de plus en plus important dans l'élaboration de l'avenir de la sécurité logicielle.

Les développeurs et les organisations du monde entier devraient explorer WASI et ses capacités pour tirer parti de ses avantages en matière de sécurité pour diverses applications, des fonctions sans serveur à l'informatique en périphérie et au-delà. Comprendre et mettre en œuvre le modèle de sécurité de WASI est crucial pour créer des applications sécurisées, portables et efficaces dans le paysage logiciel moderne.