JavaScript Compartments: Sandlådekörning av kod och säkerhet

I det dynamiska landskapet för webbutveckling är säkerhet av yttersta vikt. När webbapplikationer blir allt mer komplexa och integrerar tredjepartskod ökar risken för att skadlig eller buggig kod påverkar hela applikationen avsevärt. JavaScript Compartments erbjuder en kraftfull mekanism för att mildra dessa risker genom att skapa isolerade exekveringsmiljöer, vilket effektivt sandlådar kod och förhindrar den från att störa resten av applikationen. Denna artikel fördjupar sig i konceptet JavaScript Compartments, och utforskar deras fördelar, implementeringsdetaljer och olika användningsfall.

Vad är JavaScript Compartments?

JavaScript Compartments, som ofta också nämns i samband med Realms och ShadowRealms (även om det inte är exakt samma sak, vi kommer att utforska skillnaderna senare), är ett sätt att skapa en säker och isolerad exekveringsmiljö för JavaScript-kod. Tänk på dem som separata "behållare" där kod kan köras utan tillgång till det globala scopet eller andra känsliga resurser i huvudapplikationen. Denna isolering är avgörande för att köra opålitlig kod, såsom tredjepartsbibliotek eller användarinskickade skript, utan att kompromissa med hela applikationens säkerhet och integritet.

Traditionellt förlitar sig JavaScript på en enda global exekveringskontext, ofta kallad "realm". Även om denna modell förenklar utvecklingen, medför den också säkerhetsrisker, eftersom all kod som körs inom realmet har tillgång till alla resurser som är tillgängliga för det. Detta innebär att ett skadligt skript potentiellt skulle kunna komma åt känslig data, ändra applikationens beteende eller till och med injicera godtycklig kod.

Compartments löser detta problem genom att skapa separata realms, var och en med sitt eget globala scope och sin egen uppsättning inbyggda objekt. Kod som körs inom ett compartment är begränsad till sitt eget realm, vilket förhindrar den från att direkt komma åt eller ändra resurser utanför det realmet. Denna isolering ger ett starkt säkerhetslager som säkerställer att opålitlig kod inte kan äventyra huvudapplikationens integritet.

Fördelar med att använda JavaScript Compartments

• Förbättrad säkerhet: Den främsta fördelen med att använda compartments är förbättrad säkerhet. Genom att isolera opålitlig kod kan du förhindra den från att komma åt känslig data eller ändra applikationens beteende. Detta är särskilt viktigt vid integrering av tredjepartsbibliotek eller körning av användarinskickade skript.
• Förbättrad stabilitet: Compartments kan också förbättra stabiliteten i din applikation. Om ett skript som körs inom ett compartment kraschar eller kastar ett fel kommer det inte att påverka resten av applikationen. Detta kan förhindra oväntat beteende och förbättra den övergripande användarupplevelsen.
• Minskade beroenden: Compartments kan hjälpa till att minska beroenden mellan olika delar av din applikation. Genom att isolera kod inom compartments kan du minimera risken för konflikter mellan olika bibliotek eller moduler. Detta kan förenkla utveckling och underhåll.
• Kodportabilitet: Compartments kan förbättra kodportabiliteten. Kod som är skriven för att köras inom ett specifikt compartment kan enkelt flyttas till andra applikationer eller miljöer utan att kräva betydande ändringar.
• Finkornig kontroll: Compartments erbjuder granulär kontroll över de resurser som är tillgängliga för kod som körs inom dem. Detta gör att du kan skräddarsy miljön efter kodens specifika behov och minimera risken för säkerhetssårbarheter.

JavaScript Realms och ShadowRealms: En närmare titt

Koncepten "Realms" och, mer nyligen, "ShadowRealms" är nära besläktade med JavaScript Compartments och är avgörande för att förstå det bredare landskapet av kodisolering och säkerhet i JavaScript. Låt oss bryta ner dessa koncept:

Realms

I samband med JavaScript representerar ett Realm en global exekveringsmiljö. Varje Realm har sitt eget globala objekt (som `window` i webbläsare eller `global` i Node.js), sin egen uppsättning inbyggda objekt (som `Array`, `Object`, `String`) och sin egen exekveringskontext. Traditionellt fungerar ett webbläsarfönster eller en Node.js-process inom ett enda Realm.

Realms låter dig ladda och exekvera JavaScript-kod i en separat kontext från huvudapplikationens kontext. Detta ger en viss nivå av isolering, men det är viktigt att förstå att Realms *inte* är en stark säkerhetsgräns som standard. Kod inom olika Realms kan fortfarande kommunicera och potentiellt störa varandra om de inte hanteras noggrant. Detta beror på att även om de har separata globala objekt kan de dela objekt och funktioner genom olika mekanismer.

Exempel: Tänk dig att du bygger ett webbläsartillägg som behöver köra kod från en tredjepartswebbplats. Du kan ladda denna kod i ett separat Realm för att förhindra att den direkt kommer åt ditt tilläggs interna data eller manipulerar webbläsarens DOM på oväntade sätt. Du skulle dock behöva vara försiktig med hur du skickar data mellan Realms för att undvika potentiella säkerhetsproblem.

ShadowRealms

ShadowRealms, som introducerats mer nyligen, är utformade för att ge en starkare form av isolering jämfört med traditionella Realms. De syftar till att åtgärda några av säkerhetsbegränsningarna hos Realms genom att skapa en mer robust gräns mellan olika JavaScript-exekveringsmiljöer. ShadowRealms är ett förslag (i skrivande stund) för en ny funktion i JavaScript. Det stöds nativt i vissa miljöer, medan andra kräver en polyfill.

Den viktigaste skillnaden mellan ShadowRealms och Realms är att ShadowRealms erbjuder en mer komplett separation av den globala miljön. De förhindrar åtkomst till det ursprungliga Realmets "intrinsics" (de inbyggda objekten som `Array`, `Object`, `String`) som standard, vilket tvingar kod inom ShadowRealm att använda sina egna isolerade versioner. Detta gör det betydligt svårare för kod i ShadowRealm att fly från sin sandlåda och interagera med huvudapplikationens kontext på oväntade sätt.

Exempel: Tänk dig ett scenario där du bygger en plattform som tillåter användare att ladda upp och exekvera anpassad JavaScript-kod. Med hjälp av ShadowRealms kan du skapa en mycket säker miljö för att köra denna kod, vilket förhindrar den från att komma åt känslig data eller störa plattformens kärnfunktionalitet. Eftersom koden i ShadowRealm inte direkt kan komma åt det ursprungliga Realmets inbyggda objekt är det mycket svårare för den att utföra skadliga åtgärder.

Hur ShadowRealms förbättrar säkerheten

• Isolering av intrinsics: ShadowRealms isolerar de centrala JavaScript-intrinsics, vilket förhindrar åtkomst till den ursprungliga miljöns inbyggda objekt. Detta gör det mycket svårare för skadlig kod att fly från sandlådan.
• Isolering av globala objekt: Varje ShadowRealm har sitt eget isolerade globala objekt, vilket förhindrar kod från att komma åt eller ändra huvudapplikationens globala tillstånd.
• Isolering av objektgrafen: ShadowRealms erbjuder mekanismer för att noggrant kontrollera delningen av objekt mellan Realms, vilket minimerar risken för oavsiktliga interaktioner eller dataläckor.

JavaScript Compartments: Praktiska exempel och användningsfall

Compartments, och koncepten Realms och ShadowRealms, har ett brett spektrum av praktiska tillämpningar inom webbutveckling. Här är några exempel:

• Köra tredjepartskod: Som nämnts tidigare är Compartments idealiska för att köra tredjepartsbibliotek eller skript. Genom att isolera denna kod inom ett compartment kan du förhindra den från att störa din applikation eller komma åt känslig data. Tänk dig att integrera ett komplext diagrambibliotek från en extern källa. Genom att köra det inom ett compartment isolerar du potentiella buggar eller säkerhetssårbarheter från kärnapplikationen.
• Användarinskickade skript: Om din applikation tillåter användare att skicka in anpassad JavaScript-kod (t.ex. i en kodredigerare eller skriptmiljö), är compartments avgörande för säkerheten. Du kan köra dessa skript inom compartments för att förhindra dem från att komma åt din applikations data eller utföra skadliga åtgärder. Tänk dig en webbplats som låter användare skapa och dela anpassade widgets. Med hjälp av compartments kan varje widget köras i sin egen isolerade miljö, vilket förhindrar den från att påverka andra widgets eller huvudwebbplatsen.
• Web Workers: Web Workers är ett sätt att köra JavaScript-kod i bakgrunden utan att blockera huvudtråden. Compartments kan användas för att isolera Web Workers från huvudtråden, vilket förbättrar säkerheten och stabiliteten. Detta är särskilt användbart för beräkningsintensiva uppgifter som annars skulle kunna sakta ner användargränssnittet.
• Webbläsartillägg: Webbläsartillägg kräver ofta tillgång till känslig data och funktionalitet. Compartments kan användas för att isolera olika delar av ett tillägg, vilket minskar risken för säkerhetssårbarheter. Tänk dig ett tillägg som hanterar lösenord. Genom att isolera logiken för lagring och hantering av lösenord inom ett compartment kan du skydda den från skadlig kod som kan försöka komma åt eller stjäla användaruppgifter.
• Microfrontends: I en microfrontend-arkitektur utvecklas och distribueras olika delar av applikationen oberoende av varandra. Compartments kan användas för att isolera dessa microfrontends från varandra, vilket förhindrar konflikter och förbättrar säkerheten.
• Säker evaluering av kod: Compartments kan användas för att skapa en säker miljö för att evaluera godtycklig JavaScript-kod. Detta är användbart i applikationer som behöver exekvera kod dynamiskt, såsom online-kodredigerare eller sandlådekörda JavaScript-miljöer.

Implementera JavaScript Compartments: Tekniker och överväganden

Även om konceptet med JavaScript Compartments är relativt enkelt, kräver en effektiv implementering noggranna överväganden av olika faktorer. Här är några tekniker och överväganden för att implementera compartments i dina applikationer:

Använda Realms och ShadowRealms

Som diskuterats tidigare är Realms och ShadowRealms de centrala byggstenarna för att skapa isolerade JavaScript-exekveringsmiljöer. Så här kan du använda dem:

            
// Använda Realms (kräver noggrann hantering av objektdelning)
const realm = new Realm();
realm.evaluate("console.log('Hej från Realm!');");

// Använda ShadowRealms (ger starkare isolering)
// (Detta är ett exempel som använder ett hypotetiskt ShadowRealm API)
const shadowRealm = new ShadowRealm();
shadowRealm.evaluate("console.log('Hej från ShadowRealm!');");

            

              
                Copy
              
            
          

Viktiga överväganden:

• Objektdelning: När du använder Realms, var extremt försiktig med hur du delar objekt mellan Realms. Okontrollerad objektdelning kan underminera den isolering som Realms erbjuder. Överväg att använda tekniker som kloning eller serialisering/deserialisering för att överföra data mellan Realms utan att dela referenser.
• Säkerhetsrevisioner: Granska din kod regelbundet för att identifiera potentiella säkerhetssårbarheter relaterade till Realms och objektdelning.
• Stöd för ShadowRealms: Kontrollera webbläsarens eller JavaScript-miljöns stöd för ShadowRealms, eftersom de är en relativt ny funktion. Om nativt stöd inte är tillgängligt kan du behöva använda en polyfill.

Alternativ till nativa Realms/ShadowRealms (använda iframes)

Innan den utbredda användningen av Realms och ShadowRealms användes iframes ofta som ett sätt att uppnå kodisolering i webbläsare. Även om de inte är lika säkra eller flexibla som Realms/ShadowRealms, kan iframes fortfarande vara ett gångbart alternativ i vissa situationer, särskilt för äldre webbläsare som saknar nativt stöd för Realms/ShadowRealms.

Varje iframe har sitt eget dokument och globala scope, vilket effektivt skapar en separat exekveringsmiljö. Kod som körs inom en iframe kan inte direkt komma åt huvudsidan DOM eller JavaScript-miljö, och vice versa.

Exempel:

            
// Skapa ett iframe-element
const iframe = document.createElement('iframe');

// Ställ in iframens källa till en tom sida eller en specifik URL
iframe.src = 'about:blank'; // Eller en URL till en sandlådekörd HTML-sida

// Lägg till iframen i dokumentet
document.body.appendChild(iframe);

// Kom åt iframens window-objekt
const iframeWindow = iframe.contentWindow;

// Kör kod inom iframens kontext
iframeWindow.eval("console.log('Hej från iframen!');");

            

              
                Copy
              
            
          

Begränsningar med iframes för sandlådekörning:

• DOM-åtkomst: Även om iframes ger isolering, kan de fortfarande interagera med huvudsidans DOM i viss utsträckning, särskilt om `allow-same-origin` är aktiverat.
• Kommunikations-overhead: Att kommunicera mellan huvudsidan och en iframe kräver användning av `postMessage`, vilket kan medföra overhead och komplexitet.
• Säkerhets-headers: Att korrekt konfigurera säkerhets-headers som `Content-Security-Policy` (CSP) är avgörande när man använder iframes för att säkerställa stark isolering.

Använda Content Security Policy (CSP)

Content Security Policy (CSP) är en kraftfull HTTP-header som låter dig kontrollera vilka resurser en webbläsare får ladda för en given webbsida. CSP kan användas för att begränsa exekvering av inline JavaScript, laddning av skript från externa källor och andra potentiellt farliga aktiviteter. Även om det inte är en direkt ersättning för compartments, kan CSP ge ett ytterligare säkerhetslager och hjälpa till att mildra riskerna förknippade med att köra opålitlig kod.

Exempel:

            
Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com;

            

              
                Copy
              
            
          

Denna CSP-header tillåter webbläsaren att ladda resurser från samma ursprung (`'self'`) och skript från `https://example.com`. Alla försök att ladda skript från andra ursprung kommer att blockeras av webbläsaren.

Fördelar med att använda CSP:

• Minskar XSS-attacker: CSP är ett mycket effektivt försvar mot cross-site scripting (XSS)-attacker.
• Minskar attackytan: CSP hjälper till att minska applikationens attackyta genom att begränsa de resurser som kan laddas.
• Ger finkornig kontroll: CSP erbjuder granulär kontroll över de resurser som får laddas, vilket gör att du kan skräddarsy policyn efter din applikations specifika behov.

Säkerhetsöverväganden och bästa praxis

Att implementera JavaScript Compartments är bara en del av en omfattande säkerhetsstrategi. Här är några ytterligare säkerhetsöverväganden och bästa praxis att tänka på:

• Indatavalidering: Validera och sanera alltid användarinmatning för att förhindra kodinjektionsattacker.
• Utmatningskodning: Koda utdata korrekt för att förhindra cross-site scripting (XSS)-attacker.
• Regelbundna säkerhetsrevisioner: Genomför regelbundna säkerhetsrevisioner av din kod och infrastruktur för att identifiera och åtgärda potentiella sårbarheter.
• Håll bibliotek uppdaterade: Håll dina JavaScript-bibliotek och ramverk uppdaterade med de senaste säkerhetspatcharna.
• Principen om minsta privilegium: Ge kod endast de minimiprivilegier som krävs för att utföra sin avsedda funktion.
• Övervaka och logga aktivitet: Övervaka och logga applikationsaktivitet för att upptäcka och reagera på misstänkt beteende.
• Säker kommunikation: Använd HTTPS för att kryptera kommunikationen mellan webbläsaren och servern.
• Utbilda utvecklare: Utbilda dina utvecklare om bästa praxis för säkerhet och vanliga säkerhetssårbarheter.

Framtiden för JavaScript-säkerhet: Pågående utveckling och standardisering

Landskapet för JavaScript-säkerhet utvecklas ständigt, med pågående utveckling och standardiseringsinsatser som syftar till att förbättra säkerheten och tillförlitligheten hos webbapplikationer. TC39-kommittén, som ansvarar för utvecklingen av JavaScript-språket, arbetar aktivt med förslag för att förbättra säkerhetsfunktioner, inklusive ShadowRealms och andra mekanismer för kodisolering och kontroll. Dessa ansträngningar är inriktade på att skapa en säkrare och mer robust miljö för att köra JavaScript-kod i en mängd olika sammanhang.

Dessutom arbetar webbläsarleverantörer kontinuerligt med att förbättra säkerheten på sina plattformar, implementera nya säkerhetsfunktioner och åtgärda sårbarheter när de upptäcks. Att hålla sig uppdaterad med denna utveckling är avgörande för utvecklare som menar allvar med att bygga säkra webbapplikationer.

Sammanfattning

JavaScript Compartments, särskilt när de utnyttjar Realms och ShadowRealms, erbjuder en kraftfull och nödvändig mekanism för sandlådekörning av kod och förbättrad säkerhet i moderna webbapplikationer. Genom att isolera opålitlig kod inom separata exekveringsmiljöer kan du avsevärt minska risken för säkerhetssårbarheter och förbättra stabiliteten och tillförlitligheten hos dina applikationer. I takt med att webbapplikationer blir allt mer komplexa och integrerar tredjepartskod kommer vikten av att använda compartments bara att fortsätta växa. Att anamma dessa tekniker och följa bästa praxis för säkerhet är avgörande för att bygga säkra och pålitliga webbupplevelser.