JavaScript Compartments: En djupgående titt på säker sandlådekörning av kod

I modern webbutveckling, och i allt större utsträckning i servermiljöer som Node.js, är behovet av att köra opålitlig eller tredjeparts JavaScript-kod på ett säkert sätt av yttersta vikt. Traditionella metoder räcker ofta inte till, vilket lämnar applikationer sårbara för olika attacker. JavaScript Compartments erbjuder en robust lösning genom att tillhandahålla en sandlådemiljö för kodexekvering, vilket effektivt isolerar den från huvudapplikationen och förhindrar obehörig åtkomst till känsliga resurser.

Vad är JavaScript Compartments?

JavaScript Compartments, formaliserade genom förslag och implementationer (t.ex. inom Firefox JavaScript-motor SpiderMonkey och i linje med SES – Secure EcmaScript – initiativet), är i grunden isolerade exekveringskontexter inom en och samma JavaScript-runtime. Se dem som separata behållare där kod kan köras utan att direkt påverka den globala miljön eller andra compartments, om det inte uttryckligen tillåts. Denna isolering uppnås genom att kontrollera åtkomsten till globala objekt, prototyper och andra centrala JavaScript-funktioner.

Till skillnad från enklare sandlådetekniker som kan förlita sig på att inaktivera vissa språkfunktioner (t.ex. eval() eller Function-konstruktorn), erbjuder compartments ett mer granulärt och säkert tillvägagångssätt. De ger finkornig kontroll över de objekt och API:er som är tillgängliga inom sandlådemiljön. Det innebär att du kan tillåta säkra operationer samtidigt som du begränsar åtkomsten till potentiellt farliga sådana.

Viktiga fördelar med att använda Compartments

• Förbättrad säkerhet: Compartments isolerar opålitlig kod och förhindrar den från att komma åt känslig data eller manipulera värdapplikationen. Detta är avgörande vid integrering av tredjepartsbibliotek, användarinmatad kod eller data från opålitliga källor.
• Beroendehantering: Compartments kan hjälpa till att hantera beroenden i komplexa applikationer. Genom att köra olika moduler eller komponenter i separata compartments kan du undvika namnkonflikter och säkerställa att varje del av applikationen har sin egen isolerade miljö.
• Kommunikation mellan realms: Compartments underlättar säker kommunikation mellan olika realms (exekveringskontexter) inom samma applikation. Detta gör att du kan dela data och funktionalitet mellan isolerade delar av applikationen samtidigt som säkerhet och isolering bibehålls.
• Förenklad testning: Compartments gör det lättare att testa kod isolerat. Du kan skapa en compartment med en specifik uppsättning beroenden och testa din kod utan att oroa dig för störningar från andra delar av applikationen.
• Resurskontroll: Vissa implementationer tillåter att resursgränser tillämpas på compartments, vilket förhindrar att skenande kod förbrukar överdrivet mycket minne eller CPU.

Hur Compartments fungerar: En djupdykning

Kärnan i compartments är att skapa en ny global miljö med en modifierad uppsättning inbyggda objekt och prototyper. När kod exekveras inom en compartment, verkar den inom denna isolerade miljö. Åtkomst till omvärlden kontrolleras noggrant genom en process som ofta involverar inkapsling av objekt och användning av proxys.

1. Skapande av Realm

Det första steget är att skapa en ny realm, vilket i grunden är en ny global exekveringskontext. Denna realm har sin egen uppsättning globala objekt (som window i en webbläsarmiljö eller global i Node.js) och prototyper. I ett compartment-baserat system skapas denna realm ofta med en reducerad eller modifierad uppsättning inbyggda funktioner.

2. Inkapsling av objekt och proxys

För att tillåta kontrollerad åtkomst till objekt och funktioner från den yttre miljön använder compartments vanligtvis inkapsling av objekt och proxys. När ett objekt skickas in i en compartment, kapslas det in i ett proxy-objekt som fångar upp alla åtkomster till dess egenskaper och metoder. Detta gör att compartment-implementationen kan upprätthålla säkerhetspolicys och begränsa åtkomsten till vissa delar av objektet.

Om du till exempel skickar ett DOM-element (som en knapp) till en compartment, kan den compartmenten få ett proxy-objekt istället för det faktiska DOM-elementet. Proxyn kanske bara tillåter åtkomst till vissa av knappens egenskaper (som dess textinnehåll) samtidigt som den förhindrar åtkomst till andra egenskaper (som dess händelselyssnare). Proxyn är inte bara en kopia; den vidarebefordrar anrop tillbaka till det ursprungliga objektet samtidigt som den upprätthåller säkerhetsbegränsningar.

3. Isolering av det globala objektet

En av de viktigaste aspekterna av compartments är isoleringen av det globala objektet. Det globala objektet (t.ex. window eller global) ger tillgång till ett brett utbud av inbyggda funktioner och objekt. Compartments skapar vanligtvis ett nytt globalt objekt med en reducerad eller modifierad uppsättning inbyggda funktioner, vilket förhindrar kod inom compartmenten från att komma åt potentiellt farliga funktioner eller objekt.

Till exempel tas eval()-funktionen, som tillåter att godtycklig kod exekveras, ofta bort eller begränsas i en compartment. På samma sätt kan åtkomst till filsystemet eller nätverks-API:er begränsas för att förhindra att kod inom compartmenten utför obehöriga åtgärder.

4. Förebyggande av 'Prototype Poisoning'

Compartments hanterar också problemet med 'prototype poisoning', som kan användas för att injicera skadlig kod i applikationen. Genom att skapa nya prototyper för inbyggda objekt (som Object.prototype eller Array.prototype) kan compartments förhindra kod inom compartmenten från att modifiera beteendet hos dessa objekt i den yttre miljön.

Praktiska exempel på Compartments i praktiken

Låt oss utforska några praktiska scenarier där compartments kan användas för att förbättra säkerheten och hantera beroenden.

1. Köra tredjeparts-widgets

Föreställ dig att du bygger en webbapplikation som integrerar tredjeparts-widgets, såsom flöden från sociala medier eller reklambanners. Dessa widgets innehåller ofta JavaScript-kod som du inte litar fullt ut på. Genom att köra dessa widgets i separata compartments kan du förhindra dem från att komma åt känslig data eller manipulera värdapplikationen.

Exempel:

Anta att du har en widget som visar tweets från Twitter. Du kan skapa en compartment för denna widget och ladda dess JavaScript-kod i den. Compartmenten skulle konfigureras för att tillåta åtkomst till Twitters API men förhindra åtkomst till DOM eller andra känsliga delar av applikationen. Detta skulle säkerställa att widgeten kan visa tweets utan att äventyra applikationens säkerhet.

2. Säker utvärdering av användarinmatad kod

Många applikationer tillåter användare att skicka in kod, såsom anpassade skript eller formler. Att köra denna kod direkt i applikationen kan vara riskabelt, eftersom den skulle kunna innehålla skadlig kod som kan kompromettera applikationens säkerhet. Compartments erbjuder ett säkert sätt att utvärdera användarinmatad kod utan att utsätta applikationen för säkerhetsrisker.

Exempel:

Tänk dig en online-kodredigerare där användare kan skriva och köra JavaScript-kod. Du kan skapa en compartment för varje användares kod och köra koden inom den. Compartmenten skulle konfigureras för att förhindra åtkomst till filsystemet, nätverks-API:er och andra känsliga resurser. Detta skulle säkerställa att användarinmatad kod inte kan skada applikationen eller komma åt känslig data.

3. Isolera moduler i Node.js

I Node.js kan compartments användas för att isolera moduler och förhindra namnkonflikter. Genom att köra varje modul i en separat compartment kan du säkerställa att varje modul har sin egen isolerade miljö och att moduler inte kan störa varandra.

Exempel:

Föreställ dig att du har två moduler som båda definierar en variabel med namnet x. Om du kör dessa moduler i samma miljö kommer det att uppstå en namnkonflikt. Men om du kör varje modul i en separat compartment kommer det inte att finnas någon namnkonflikt, eftersom varje modul har sin egen isolerade miljö.

4. Plugin-arkitekturer

Applikationer med plugin-arkitekturer kan ha stor nytta av compartments. Varje plugin kan köras i sin egen compartment, vilket begränsar skadan en komprometterad plugin kan orsaka. Detta möjliggör en mer robust och säker utökning av funktionalitet.

Exempel: Ett webbläsartillägg. Om ett tillägg har en sårbarhet förhindrar compartmenten den från att komma åt data från andra tillägg eller webbläsaren själv.

Nuvarande status och implementationer

Även om konceptet med compartments har funnits ett tag, utvecklas standardiserade implementationer fortfarande. Här är en titt på det nuvarande landskapet:

• SES (Secure EcmaScript): SES är en härdad JavaScript-miljö som utgör grunden för att bygga säkra applikationer. Den utnyttjar compartments och andra säkerhetstekniker för att isolera kod och förhindra attacker. SES har påverkat utvecklingen av compartments och tillhandahåller en referensimplementation.
• SpiderMonkey (Mozillas JavaScript-motor): Firefox JavaScript-motor, SpiderMonkey, har historiskt haft starkt stöd för compartments. Detta stöd har varit avgörande för Firefox säkerhetsmodell.
• Node.js: Node.js utforskar och implementerar aktivt compartment-liknande funktioner för säker modulisolering och beroendehantering.
• Caja: Caja är ett säkerhetsverktyg för att göra tredjeparts HTML, CSS och JavaScript säkra att bädda in på din webbplats. Det skriver om HTML, CSS och JavaScript och använder 'object-capability'-säkerhet för att tillåta säkra mashups av innehåll från olika källor.

Utmaningar och överväganden

Även om compartments erbjuder en kraftfull lösning för säker kodexekvering, finns det också några utmaningar och överväganden att ha i åtanke:

• Prestanda-overhead: Att skapa och hantera compartments kan introducera viss prestanda-overhead, särskilt om du skapar ett stort antal compartments eller ofta skickar data mellan dem.
• Komplexitet: Implementering av compartments kan vara komplex och kräver en djup förståelse för JavaScripts exekveringsmodell och säkerhetsprinciper.
• API-design: Att designa ett säkert och användbart API för att interagera med compartments kan vara utmanande. Du måste noggrant överväga vilka objekt och funktioner som ska exponeras för compartmenten och hur man förhindrar att den flyr från sina gränser.
• Standardisering: Ett helt standardiserat och allmänt antaget API för compartments är fortfarande under utveckling. Detta innebär att de specifika implementationsdetaljerna kan variera beroende på vilken JavaScript-motor du använder.

Bästa praxis för att använda Compartments

För att effektivt använda compartments och maximera deras säkerhetsfördelar, överväg följande bästa praxis:

• Minimera attackytan: Exponera endast den minimala uppsättningen objekt och funktioner som är nödvändiga för att koden inom compartmenten ska fungera korrekt.
• Använd 'Object Capabilities': Följ principen om 'object capabilities', som säger att kod endast ska ha tillgång till de objekt och funktioner den behöver för att utföra sin uppgift.
• Validera in- och utdata: Validera noggrant all in- och utdata för att förhindra kodinjektionsattacker och andra sårbarheter.
• Övervaka aktivitet i compartments: Övervaka aktiviteten inom compartments för att upptäcka misstänkt beteende.
• Håll dig uppdaterad: Håll dig uppdaterad med de senaste säkerhetsrutinerna och compartment-implementationerna.

Sammanfattning

JavaScript Compartments erbjuder en kraftfull mekanism för säker och isolerad kodexekvering. Genom att skapa sandlådemiljöer förbättrar compartments säkerheten, hanterar beroenden och möjliggör kommunikation mellan realms i komplexa applikationer. Även om det finns utmaningar och överväganden att tänka på, erbjuder compartments en betydande förbättring jämfört med traditionella sandlådetekniker och är ett essentiellt verktyg för att bygga säkra och robusta JavaScript-applikationer. I takt med att standardiseringen och anammandet av compartments fortsätter att utvecklas, kommer de att spela en allt viktigare roll i framtiden för JavaScript-säkerhet.

Oavsett om du bygger webbapplikationer, serverapplikationer eller webbläsartillägg, överväg att använda compartments för att skydda din applikation från opålitlig kod och förbättra dess övergripande säkerhet. Att förstå compartments blir allt viktigare för alla JavaScript-utvecklare, särskilt de som arbetar med projekt med säkerhetskänsliga krav. Genom att omfamna denna teknik kan du bygga mer motståndskraftiga och säkra applikationer som är bättre skyddade mot det ständigt utvecklande landskapet av cyberhot.

Vidare läsning och resurser

• SES (Secure EcmaScript) Projekt
• Djupdykning i Secure ECMAScript (SES)
• Caja-projektet