Sécurité des Types des Tables WebAssembly : Vérification des Tables de Fonctions

WebAssembly (WASM) s'est imposé comme une technologie puissante pour créer des applications haute performance pouvant s'exécuter sur différentes plateformes et appareils. Un aspect crucial de la sécurité et de la fiabilité de WebAssembly est son moteur de sécurité des types pour les tables, qui fournit un mécanisme garantissant des appels de fonction typés de manière sûre via des tables de fonctions. Cet article de blog explore les concepts des tables WebAssembly, de la vérification des tables de fonctions et de l'importance de ces fonctionnalités dans la création d'applications WASM sûres et fiables.

Que sont les tables WebAssembly ?

En WebAssembly, une table est un tableau redimensionnable de références à des fonctions. Pensez-y comme un tableau où chaque élément contient un pointeur vers une fonction. Ces tables sont essentielles pour la répartition dynamique (dynamic dispatch) et les appels de fonction où la fonction cible est déterminée à l'exécution. Les tables sont stockées séparément de la mémoire linéaire et sont accessibles à l'aide d'un index spécial. Cette séparation est cruciale pour la sécurité, car elle empêche l'accès arbitraire à la mémoire et la manipulation des pointeurs de fonction.

Les tables en WebAssembly sont typées. Bien qu'initialement limitées au type `funcref` (références à des fonctions), les extensions futures pourraient prendre en charge d'autres types de référence. Ce typage est fondamental pour les mécanismes de sécurité des types que WebAssembly fournit.

Exemple : Imaginez un scénario où vous avez plusieurs implémentations d'un algorithme de tri (par exemple, tri rapide, tri fusion, tri à bulles) écrites dans différents langages et compilées en WebAssembly. Vous pouvez stocker des références à ces fonctions de tri dans une table. En fonction de l'entrée de l'utilisateur ou des conditions d'exécution, vous pouvez sélectionner la fonction de tri appropriée dans la table et l'exécuter. Cette sélection dynamique est une fonctionnalité puissante permise par les tables WebAssembly.

Vérification des tables de fonctions : Assurer la sécurité des types

La vérification des tables de fonctions est une fonctionnalité de sécurité essentielle de WebAssembly. Elle garantit que lorsqu'une fonction est appelée via une table, la signature de la fonction (le nombre et les types de ses paramètres et de ses valeurs de retour) correspond à la signature attendue sur le site de l'appel. Cela prévient les erreurs de type et les vulnérabilités de sécurité potentielles qui pourraient survenir en appelant une fonction avec les mauvais arguments ou en interprétant incorrectement sa valeur de retour.

Le validateur WebAssembly joue un rôle clé dans la vérification des tables de fonctions. Pendant le processus de validation, le validateur vérifie les signatures de type de toutes les fonctions stockées dans les tables et s'assure que tout appel indirect via la table est typé de manière sûre. Ce processus est effectué statiquement avant l'exécution du code WASM, garantissant que les erreurs de type sont détectées tôt dans le cycle de développement.

Comment fonctionne la vérification des tables de fonctions :

1. Correspondance des signatures de type : Le validateur compare la signature de type de la fonction appelée avec la signature de type attendue sur le site de l'appel. Cela inclut la vérification du nombre et des types des paramètres, ainsi que du type de retour.
2. Vérification des limites de l'index : Le validateur s'assure que l'index utilisé pour accéder à la table se trouve dans les limites de la taille de la table. Cela empêche l'accès hors limites, qui pourrait conduire à une exécution de code arbitraire.
3. Validation du type de l'élément : Le validateur vérifie que l'élément auquel on accède dans la table est du type attendu (par exemple, `funcref`).

Pourquoi la vérification des tables de fonctions est-elle importante ?

La vérification des tables de fonctions est essentielle pour plusieurs raisons :

• Sécurité : Elle prévient les vulnérabilités de confusion de type, où une fonction est appelée avec des arguments du mauvais type. La confusion de type peut entraîner une corruption de la mémoire, une exécution de code arbitraire et d'autres exploits de sécurité.
• Fiabilité : Elle garantit que les applications WebAssembly se comportent de manière prévisible et cohérente sur différentes plateformes et appareils. Les erreurs de type peuvent provoquer des plantages inattendus et un comportement non défini, rendant les applications peu fiables.
• Performance : En détectant les erreurs de type tôt dans le cycle de développement, la vérification des tables de fonctions peut aider à améliorer les performances des applications WebAssembly. Le débogage et la correction des erreurs de type peuvent être longs et coûteux, donc les détecter tôt permet d'économiser un temps de développement précieux.
• Interopérabilité des langages : WebAssembly est conçu pour être agnostique du langage, ce qui signifie qu'il peut être utilisé pour exécuter du code écrit dans différents langages de programmation. La vérification des tables de fonctions garantit que différents langages peuvent interopérer de manière sûre et fiable.

Exemples pratiques de vérification des tables de fonctions

Considérons un exemple simplifié pour illustrer le fonctionnement de la vérification des tables de fonctions. Supposons que nous ayons deux fonctions écrites dans des langages différents (par exemple, C++ et Rust) qui sont compilées en WebAssembly :

Fonction C++ :

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

Fonction Rust :

fn multiply(a: i32, b: i32) -> i32 {
  a * b
}

Les deux fonctions prennent deux arguments entiers de 32 bits et retournent un entier de 32 bits. Maintenant, créons une table WebAssembly qui stocke les références à ces fonctions :

(module
  (table $my_table (export "my_table") 2 funcref)
  (func $add_func (import "module" "add") (param i32 i32) (result i32))
  (func $multiply_func (import "module" "multiply") (param i32 i32) (result i32))
  (elem (i32.const 0) $add_func $multiply_func)
  (func (export "call_func") (param i32 i32 i32) (result i32)
    (local.get 0)
    (local.get 1)
    (local.get 2)
    (call_indirect (table $my_table) (type $sig))
  )
  (type $sig (func (param i32 i32) (result i32)))
)

Dans cet exemple :

• `$my_table` est une table avec deux éléments, tous deux de type `funcref`.
• `$add_func` et `$multiply_func` sont des fonctions importées représentant respectivement les fonctions `add` de C++ et `multiply` de Rust.
• L'instruction `elem` initialise la table avec les références à `$add_func` et `$multiply_func`.
• `call_indirect` effectue l'appel indirect via la table. De manière critique, il spécifie la signature de fonction attendue `(type $sig)`, qui impose que la fonction appelée doit prendre deux paramètres i32 et retourner un résultat i32.

Le validateur WebAssembly vérifiera que la signature de type de la fonction appelée via la table correspond à la signature attendue sur le site de l'appel. Si les signatures ne correspondent pas, le validateur signalera une erreur, empêchant l'exécution du module WebAssembly.

Autre exemple : Utilisation de langages différents pour des modules distincts. Imaginez une application web construite avec un frontend JavaScript et un backend WebAssembly. Le module WASM, potentiellement écrit en Rust ou C++, effectue des tâches gourmandes en calcul comme le traitement d'images ou les simulations scientifiques. JavaScript peut appeler dynamiquement des fonctions au sein du module WASM, en s'appuyant sur la table de fonctions et sa vérification pour garantir que les données transmises depuis JavaScript sont correctement traitées par les fonctions WASM.

Défis et considérations

Bien que la vérification des tables de fonctions offre un mécanisme robuste pour garantir la sécurité des types, il y a certains défis et considérations à garder à l'esprit :

• Surcharge de performance : Le processus de validation peut ajouter une certaine surcharge de performance, en particulier pour les modules WebAssembly volumineux et complexes. Cependant, les avantages de la sécurité des types et de la sûreté l'emportent sur le coût de la performance dans la plupart des cas. Les moteurs WebAssembly modernes sont optimisés pour effectuer la validation de manière efficace.
• Complexité : Comprendre les subtilités de la vérification des tables de fonctions et du système de types de WebAssembly peut être difficile, surtout pour les développeurs qui découvrent WebAssembly. Cependant, de nombreuses ressources sont disponibles en ligne pour aider les développeurs à se familiariser avec ces sujets.
• Génération de code dynamique : Dans certains cas, le code WebAssembly peut être généré dynamiquement à l'exécution. Cela peut compliquer la validation statique, car le code peut ne pas être connu avant l'exécution. Cependant, WebAssembly fournit des mécanismes pour valider le code généré dynamiquement avant son exécution.
• Extensions futures : À mesure que WebAssembly évolue, de nouvelles fonctionnalités et extensions peuvent être ajoutées au langage. Il est important de s'assurer que ces nouvelles fonctionnalités sont compatibles avec les mécanismes de vérification des tables de fonctions existants.

Meilleures pratiques pour l'utilisation des tables de fonctions

Pour garantir la sécurité et la fiabilité de vos applications WebAssembly, suivez ces meilleures pratiques pour l'utilisation des tables de fonctions :

• Validez toujours vos modules WebAssembly : Utilisez le validateur WebAssembly pour vérifier vos modules à la recherche d'erreurs de type et d'autres vulnérabilités de sécurité avant de les déployer.
• Utilisez les signatures de type avec soin : Assurez-vous que les signatures de type des fonctions stockées dans les tables correspondent aux signatures attendues sur le site de l'appel.
• Limitez la taille des tables : Gardez la taille de vos tables aussi petite que possible pour réduire le risque d'accès hors limites.
• Utilisez des pratiques de codage sécurisées : Suivez des pratiques de codage sécurisées pour prévenir d'autres vulnérabilités de sécurité, telles que les dépassements de tampon et les dépassements d'entiers.
• Restez à jour : Maintenez vos outils et bibliothèques WebAssembly à jour pour bénéficier des derniers correctifs de sécurité et corrections de bugs.

Sujets avancés : WasmGC et orientations futures

La proposition de Garbage Collection pour WebAssembly (WasmGC) vise à intégrer directement la collecte des déchets dans WebAssembly, permettant un meilleur support pour des langages comme Java, C#, et Kotlin qui dépendent fortement de la collecte des déchets. Cela aura probablement un impact sur la manière dont les tables sont utilisées et vérifiées, introduisant potentiellement de nouveaux types de référence et des mécanismes de vérification.

Les orientations futures pour la vérification des tables de fonctions pourraient inclure :

• Des systèmes de types plus expressifs : Permettant des relations et des contraintes de type plus complexes.
• Typage graduel : Permettant un mélange de code typé statiquement et dynamiquement.
• Performances améliorées : Optimisation du processus de validation pour réduire la surcharge.

Conclusion

Le moteur de sécurité des types des tables et la vérification des tables de fonctions de WebAssembly sont des fonctionnalités essentielles pour garantir la sécurité et la fiabilité des applications WebAssembly. En prévenant les erreurs de type et autres vulnérabilités de sécurité, ces fonctionnalités permettent aux développeurs de créer des applications haute performance qui peuvent s'exécuter en toute sécurité sur différentes plateformes et appareils. À mesure que WebAssembly continue d'évoluer, il est important de se tenir au courant des derniers développements en matière de vérification des tables de fonctions et d'autres fonctionnalités de sécurité pour garantir que vos applications restent sûres et fiables. Au fur et à mesure que la technologie mûrit et évolue, les capacités et la sécurité offertes par la vérification des tables de fonctions évolueront également.

L'engagement de WebAssembly envers la sécurité et le typage sécurisé en fait un outil viable et de plus en plus important dans le paysage du développement logiciel moderne.