Drošas koda izpildes atslēgšana: WebAssembly WASI spēju piešķiršanas sistēmas padziļināta analīze

Programmatūras izstrādes ainava pastāvīgi attīstās, ko virza nepieciešamība pēc drošākiem, pārnesamākiem un veiktspējīgākiem risinājumiem. WebAssembly (Wasm) ir kļuvis par galveno tehnoloģiju, kas sola gandrīz dabīgu veiktspēju un drošu izpildes vidi kodam, kas darbojas uz dažādām platformām. Tomēr, lai Wasm patiesi pilnībā izmantotu savu potenciālu, it īpaši mijiedarbojoties ar pamatā esošo sistēmu un ārējiem resursiem, ir nepieciešama stabila un detalizēta atļauju sistēma. Tieši šeit parādās WebAssembly sistēmas saskarnes (WASI) spēju piešķiršanas sistēma, piedāvājot jaunu un jaudīgu pieeju tam, ko Wasm moduļi var un nevar darīt.

WebAssembly evolūcija un nepieciešamība pēc sistēmas mijiedarbības

Sākotnēji iecerēts kā kompilācijas mērķis tīmekļa pārlūkprogrammām, ļaujot tādām valodām kā C++, Rust un Go efektīvi darboties tīmeklī, WebAssembly ambīcijas ātri pārsniedza pārlūkprogrammas smilškastes robežas. Iespēja palaist Wasm moduļus serveros, mākoņvidēs un pat malu ierīcēs paver veselu iespēju visumu. Tomēr šī paplašināšanās prasa drošu veidu, kā Wasm moduļi var mijiedarboties ar resursdatora sistēmu – piekļūt failiem, veikt tīkla pieprasījumus, mijiedarboties ar operētājsistēmu un izmantot citus sistēmas resursus. Tieši šo problēmu WASI mērķis ir atrisināt.

Kas ir WASI?

WASI ir attīstībā esošs standarts, kas definē modulāru sistēmas saskarni priekš WebAssembly. Tās galvenais mērķis ir ļaut Wasm moduļiem mijiedarboties ar resursdatora vidi standartizētā un drošā veidā, neatkarīgi no pamatā esošās operētājsistēmas vai aparatūras. Uztveriet WASI kā API kopumu, ko Wasm moduļi var izsaukt, lai veiktu sistēmas līmeņa operācijas, līdzīgi kā tradicionālos sistēmas izsaukumus. Šie API ir izstrādāti tā, lai tie būtu pārnesami un konsekventi dažādās Wasm izpildlaika vidēs.

Izaicinājumi sistēmas mijiedarbībā

Wasm moduļu tieša integrācija ar sistēmas resursiem rada nopietnu drošības izaicinājumu. Bez pienācīgas kontroles Wasm modulis potenciāli varētu:

• Piekļūt sensitīviem failiem resursdatora sistēmā.
• Veikt patvaļīgus tīkla pieprasījumus, kas var izraisīt pakalpojuma atteikuma uzbrukumus vai datu noplūdi.
• Manipulēt ar sistēmas konfigurācijām vai izpildīt ļaunprātīgu kodu.
• Patērēt pārmērīgus resursus, ietekmējot resursdatora stabilitāti.

Tradicionālie smilškastes mehānismi bieži balstās uz procesu izolāciju vai operētājsistēmas līmeņa atļaujām. Lai gan tie ir efektīvi, tie var būt smagnēji un var nenodrošināt smalkgraudainu kontroli, kas nepieciešama mūsdienu, izkliedētām un modulārām lietojumprogrammām, kur komponenti var tikt dinamiski ielādēti un izpildīti.

Iepazīstinām ar WASI spēju piešķiršanas sistēmu

WASI spēju piešķiršanas sistēma ir paradigmas maiņa veidā, kā tiek pārvaldītas WebAssembly moduļu atļaujas. Tā vietā, lai piešķirtu plašu piekļuvi vai pilnībā liegtu pieeju, tā darbojas pēc principa, piešķirot Wasm moduļiem specifiskas, smalkgraudainas spējas. Šī pieeja iedvesmojas no spēju bāzes drošības modeļiem, kas jau sen ir atzīti par to potenciālu uzlabot sistēmas drošību, padarot piekļuves kontroli skaidrāku un pārbaudāmāku.

Spēju piešķiršanas pamatkoncepcijas

Savā būtībā spēju piešķiršanas sistēma ir par:

• Skaidrām atļaujām: Tā vietā, lai piekļuve būtu netieša, Wasm moduļiem ir skaidri jāpiešķir spējas, kas nepieciešamas konkrētu operāciju veikšanai.
• Vismazāko privilēģiju principu: Sistēma ievieš vismazāko privilēģiju principu, kas nozīmē, ka Wasm modulim jāpiešķir tikai minimālais atļauju kopums, kas nepieciešams tā paredzētajai funkcijai.
• Neviltotām spējām: Spējas tiek uzskatītas par neviltotiem marķieriem. Pēc piešķiršanas Wasm modulis tās var izmantot, bet nevar izveidot jaunas spējas vai nodot tās citiem moduļiem bez skaidras atļaujas. Tas novērš privilēģiju eskalāciju.
• Modularitāti un komponējamību: Sistēma ir izstrādāta kā modulāra, ļaujot dažādas spējas piešķirt neatkarīgi, kas noved pie ļoti komponējama drošības modeļa.

Kā tas darbojas: vienkāršota analoģija

Iedomājieties, ka Wasm modulis ir kā apmeklētājs, kas ienāk drošā objektā. Tā vietā, lai viņam iedotu universālo atslēgu (kas būtu plaša piekļuve), viņam tiek iedotas konkrētas atslēgu kartes katrai zonai, kurai viņam nepieciešams piekļūt. Piemēram, apmeklētājs var saņemt atslēgas karti, lai iekļūtu sanāksmju telpā (faila lasīšanas piekļuve), citu ēdnīcai (tīkla piekļuve konkrētam serverim) un vēl citu kancelejas preču skapim (piekļuve konkrētam konfigurācijas failam). Viņš nevar izmantot šīs kartes, lai iekļūtu ierobežotās laboratorijās vai citās neatļautās zonās. Turklāt viņš nevar izveidot šo karšu kopijas vai aizdot tās kādam citam.

Tehniskās īstenošanas detaļas

WASI kontekstā spējas bieži tiek attēlotas kā necaurredzami rokturi vai marķieri, ko saņem Wasm modulis. Kad Wasm modulis vēlas veikt operāciju, kas prasa sistēmas piekļuvi, tas neizsauc sistēmas funkciju tieši. Tā vietā tas izsauc WASI funkciju, nododot attiecīgo spēju. Wasm izpildlaika vide (resursdatora vide) pēc tam pārbauda, vai modulim ir nepieciešamā spēja, pirms atļauj operācijas izpildi.

Piemēram, ja Wasm modulim nepieciešams nolasīt failu ar nosaukumu /data/config.json, tas tieši neizmantotu sistēmas izsaukumu kā open(). Tā vietā tas varētu izsaukt WASI funkciju kā fd_read(), bet šim izsaukumam būtu nepieciešama iepriekš piešķirta faila deskriptora spēja šim konkrētajam failam vai direktorijai. Resursdators iepriekš būtu izveidojis šo spēju, iespējams, piesaistot resursdatora faila deskriptoru Wasm redzamam faila deskriptoram un nododot to modulim.

Iesaistītās galvenās WASI saskarnes

Vairākas WASI saskarnes ir izstrādātas, lai darbotos ar spēju piešķiršanas sistēmu, ieskaitot:

• wasi-filesystem: Šī saskarne nodrošina spējas mijiedarbībai ar failu sistēmu. Tā vietā, lai piešķirtu piekļuvi visai failu sistēmai, var padarīt pieejamas konkrētas direktorijas vai failus.
• wasi-sockets: Šī saskarne ļauj Wasm moduļiem veikt tīkla operācijas. Spējas šeit var būt detalizētas, norādot, kurām tīkla saskarnēm, portiem vai pat attāliem resursdatoriem modulis drīkst pieslēgties.
• wasi-clocks: Lai piekļūtu laikam un taimeriem.
• wasi-random: Lai ģenerētu nejaušus skaitļus.

Piešķiršanas sistēma nodrošina, ka pat šīs pamata spējas netiek piešķirtas pēc noklusējuma. Resursdatora vide ir atbildīga par atbilstošo spēju noteikšanu un ievadīšanu Wasm moduļa vidē izpildlaikā.

WASI spēju piešķiršanas priekšrocības

Spēju piešķiršanas sistēmas ieviešana WASI piedāvā daudzas priekšrocības:

Uzlabota drošība

Šis ir visnozīmīgākais ieguvums. Ieviešot vismazāko privilēģiju principu un padarot atļaujas skaidras, uzbrukuma virsma tiek krasi samazināta. Kompromitēts Wasm modulis var darīt tikai to, kas tam ir skaidri atļauts, ierobežojot potenciālo kaitējumu. Tas ir ļoti svarīgi, lai palaistu neuzticamu kodu sensitīvās vidēs.

Uzlabota modularitāte un atkārtota izmantojamība

Wasm moduļus var izstrādāt kā ļoti modulārus, ar to atkarībām no sistēmas resursiem, kas skaidri definētas ar spējām, kas tiem nepieciešamas. Tas padara tos vieglāk saprotamus, testējamus un atkārtoti izmantojamus dažādās lietojumprogrammās un vidēs. Moduli, kuram nepieciešama tikai lasīšanas piekļuve konkrētam konfigurācijas failam, var droši izvietot dažādos kontekstos, nebaidoties no neparedzētas sistēmas piekļuves.

Palielināta pārnesamība

WASI mērķis ir platformas neatkarība. Abstrahējot sistēmas mijiedarbību caur spējām, Wasm moduļi var darboties uz jebkura resursdatora, kas implementē attiecīgās WASI saskarnes, neatkarīgi no pamatā esošās operētājsistēmas. Resursdatora vide nodrošina vispārīgo spēju piesaisti konkrētām OS līmeņa atļaujām.

Smalkgraudaina kontrole

Spēju modelis ļauj īpaši detalizēti kontrolēt, ko Wasm modulis var darīt. Piemēram, tā vietā, lai piešķirtu tīkla piekļuvi visiem resursdatoriem, modulim var piešķirt atļauju pieslēgties tikai konkrētam API galapunktam noteiktā domēnā un portā. Šādu kontroles līmeni bieži ir grūti sasniegt ar tradicionālajām operētājsistēmas atļaujām.

Atbalsts dažādām izpildes vidēm

Spēju piešķiršanas elastība padara Wasm piemērotu plašam vides klāstam:

• Mākoņskaitļošana: Droša trešo pušu koda, mikropakalpojumu un bezservera funkciju izpilde.
• Malu skaitļošana: Lietojumprogrammu izvietošana uz resursu ierobežotām un potenciāli mazāk uzticamām malu ierīcēm.
• Blokķēde un viedie līgumi: Drošas un deterministiskas izpildes vides nodrošināšana viedajiem līgumiem, nodrošinot, ka tie nevar traucēt blokķēdes tīklam vai resursdatoram.
• Darbvirsmas lietojumprogrammas: Drošāka spraudņu vai paplašinājumu izpilde lietojumprogrammām.

WASI spēju piešķiršanas praktiska ieviešana

WASI spēju piešķiršanas sistēmas ieviešana ietver koordināciju starp Wasm moduļa izstrādātāju, Wasm izpildlaika vidi un, iespējams, orķestratoru vai izvietošanas vidi.

Wasm moduļu izstrādātājiem

Izstrādātājiem, kas raksta Wasm moduļus, vajadzētu:

• Apzināties atkarības: Saprast, kādi sistēmas resursi būs nepieciešami jūsu modulim (faili, tīkls utt.).
• Izmantot WASI API: Izmantot WASI saskarnes sistēmas mijiedarbībai.
• Projektēt vismazāko privilēģiju principam: Mērķēt uz to, lai pieprasītu tikai nepieciešamās spējas. Ja jūsu modulim nepieciešams tikai lasīt vienu konfigurācijas failu, projektējiet to tā, lai tas pieņemtu spēju šim failam, nevis gaidītu pilnu failu sistēmas piekļuvi.
• Komunicēt prasības: Skaidri dokumentēt spējas, ko jūsu modulis sagaida saņemt.

Wasm izpildlaika resursdatoriem un orķestratoriem

Resursdatora videi ir izšķiroša loma spēju piešķiršanā:

• Vides konfigurācija: Resursdatoram jākonfigurē Wasm izpildlaika vide ar konkrētām spējām, kas jāievada moduļa vidē. Šo konfigurāciju var veikt dinamiski, pamatojoties uz lietojumprogrammas vajadzībām, vai statiski būvēšanas laikā.
• Spēju piesaiste: Resursdators ir atbildīgs par abstrakto WASI spēju piesaisti konkrētiem sistēmas resursiem. Piemēram, piesaistot Wasm faila deskriptoru konkrētam resursdatora faila ceļam vai tīkla galapunktam.
• Izpildlaika piespiešana: Wasm izpildlaika vide nodrošina, ka Wasm moduļi var izmantot tikai tās spējas, kas tiem ir piešķirtas.

Piemērs: Failu piekļuves piešķiršana mākoņvidē

Apsveriet bezservera funkciju, kas rakstīta Rust un kompilēta Wasm, paredzēta lietotāja datu lasīšanai no konkrēta S3 segmenta un to apstrādei. Tā vietā, lai piešķirtu Wasm modulim plašu tīkla un failu sistēmas piekļuvi, mākoņpakalpojumu sniedzēja Wasm izpildlaika vide varētu:

1. Ievadīt tīkla spēju: Piešķirt atļauju pieslēgties S3 pakalpojuma galapunktam (piemēram, s3.amazonaws.com 443. portā).
2. Ievadīt faila lasīšanas spēju: Potenciāli piesaistīt konkrētu S3 objektu (pēc tā iegūšanas) pagaidu faila deskriptoram vai atmiņas buferim, ko Wasm modulis var lasīt, nedodot tam vispārēju failu sistēmas rakstīšanas piekļuvi.
3. Vai izmantot WASI-FS ar iepriekš atvērtām direktorijām: Resursdators varētu iepriekš atvērt konkrētu direktoriju, kas satur Wasm moduļa nepieciešamo konfigurāciju vai datus, un nodot tam faila deskriptoru. Wasm modulis tad varētu piekļūt tikai failiem šajā iepriekš atvērtajā direktorijā.

Šī pieeja izolē Wasm funkciju, neļaujot tai piekļūt citiem mākoņa resursiem vai veikt neparedzētus tīkla izsaukumus.

Piemērs: Viedo līgumu drošināšana blokķēdē

Blokķēdes jomā Wasm arvien biežāk tiek izmantots viedajiem līgumiem. Spēju piešķiršanas sistēma šeit ir vitāli svarīga, lai novērstu viedo līgumu:

• Iejaukšanos konsensa mehānismā.
• Piekļuvi sensitīviem datiem ārpus ķēdes bez skaidras atļaujas.
• Pakalpojuma atteikuma uzbrukumu izraisīšanu blokķēdes tīklam.

Viedajam līgumam varētu tikt piešķirtas spējas, lai:

• Lasītu konkrētus stāvokļa mainīgos blokķēdē.
• Izstarotu notikumus.
• Veiktu kriptogrāfiskas operācijas.
• Veiktu izsaukumus uz citiem iepriekš apstiprinātiem viedajiem līgumiem.

Jebkurš mēģinājums piekļūt neatļautiem resursiem tiktu bloķēts ar izpildlaika vidi, kas nodrošina šīs ierobežotās spējas.

Izaicinājumi un nākotnes virzieni

Lai gan WASI spēju piešķiršanas sistēma ir jaudīga, pastāv izaicinājumi un attīstības jomas:

• Standartizācija un sadarbspēja: Nodrošināt, ka spēju piešķiršanas mehānismi tiek konsekventi ieviesti dažādās Wasm izpildlaika vidēs un resursdatoru vidēs, ir izšķiroši patiesai pārnesamībai.
• Izstrādātāja pieredze: Padarīt izstrādātājiem vieglāku saprast, definēt un pārvaldīt spējas, kas nepieciešamas viņu moduļiem. Ir nepieciešami rīki un abstrakcijas, lai vienkāršotu šo procesu.
• Dinamiska spēju pārvaldība: Sarežģītākos scenārijos varētu būt noderīgi izpētīt mehānismus dinamiskai spēju atsaukšanai vai modificēšanai izpildlaikā.
• Resursu ierobežojumi: Lai gan spējas kontrolē, kam var piekļūt, resursu ierobežojumu (CPU, atmiņa, tīkla joslas platums) ieviešana arī ir kritiska, lai novērstu DoS uzbrukumus. To bieži pārvalda kopā ar spēju piešķiršanu.

WASI darba grupa aktīvi risina šos izaicinājumus, nepārtraukti attīstot WASI specifikācijas un saistītās saskarnes.

Drošas WebAssembly izpildes globālā ietekme

Spēju piešķiršanas sistēmai WASI ir dziļa ietekme uz globālo programmatūras ekosistēmu:

• Demokratizē drošu skaitļošanu: Tā samazina ienākšanas barjeru drošu lietojumprogrammu izstrādei un izvietošanai, padarot progresīvas drošības paradigmas pieejamas plašākam izstrādātāju un organizāciju lokam visā pasaulē.
• Veicina inovāciju: Nodrošinot drošu vidi dažāda koda izpildei, tā veicina eksperimentus un inovācijas dažādās nozarēs, no finansēm un veselības aprūpes līdz izklaidei un loģistikai.
• Iespējo jaunas arhitektūras: Tā paver ceļu jaunām lietojumprogrammu arhitektūrām, piemēram, ļoti izkliedētām sistēmām, federētai mācībai un drošai daudzpusējai skaitļošanai, kur komponentiem ir nepieciešams droši sazināties un darboties bez netiešas uzticēšanās.
• Risinot regulatīvo atbilstību: Organizācijām, kas darbojas saskaņā ar stingriem datu privātuma noteikumiem (piemēram, GDPR vai CCPA), detalizētā kontrole, ko piedāvā spēju piešķiršana, var būt noderīga, lai demonstrētu atbilstību un aizsargātu sensitīvus datus.

Universāla platforma uzticamam kodam

WebAssembly, ko papildina WASI un tā spēju piešķiršanas sistēma, strauji kļūst par universālu platformu uzticama koda izpildei. Tā savieno plaisu starp augsta līmeņa programmēšanas valodām un zema līmeņa sistēmas resursiem, vienlaikus saglabājot spēcīgu drošības pozīciju.

Neatkarīgi no tā, vai jūs veidojat nākamās paaudzes mākoņpakalpojumus, izvietojat lietojumprogrammas malā vai drošināt blokķēdes infrastruktūru, WASI spēju piešķiršanas sistēmas izpratne un izmantošana kļūs arvien svarīgāka. Tā ir nozīmīgs solis uz priekšu, veidojot drošāku, pārnesamāku un sadarbspējīgāku skaitļošanas nākotni visiem un visur.

Secinājums

WASI spēju piešķiršanas sistēma ir WebAssembly evolūcijas stūrakmens ceļā uz patiesi universālu izpildlaika vidi. Pārejot no plašām atļaujām uz skaidrām, neviltotām un vismazāko privilēģiju spējām, tā risina kritiskas drošības problēmas, kas rodas, kad WebAssembly pārvietojas ārpus pārlūkprogrammas. Šis spēcīgais atļauju modelis paver jaunas iespējas neuzticama vai sarežģīta koda izpildei dažādās vidēs, sākot no sensitīvām mākoņa izvietošanām līdz decentralizētiem blokķēdes tīkliem. Kamēr WASI turpina attīstīties, spēju piešķiršanas sistēmai neapšaubāmi būs arvien lielāka loma, veidojot drošas un pārnesamas programmatūras izpildes nākotni globālā mērogā.