JS `Node.js` `vm` 模块沙箱：`runInContext` 与 `runInNewContext` 的安全性

咳咳，各位观众，欢迎来到今天的“Node.js 虚拟机（vm）安全脱口秀”。今天咱们聊聊Node.js vm模块里两个重量级选手：runInContext 和 runInNewContext，看看它们在沙箱构建中扮演的角色，以及如何玩转（或者被玩坏）它们。

开场白：为什么要沙箱？

想象一下，你经营着一家云服务，允许用户上传并运行JavaScript代码。如果没有沙箱，用户可以直接访问你的服务器文件系统，甚至搞崩整个系统。这简直就是一场噩梦！所以，沙箱就是用来限制用户代码权限，防止恶意代码破坏系统的“金钟罩”。

Node.js 的 vm 模块提供了一种创建沙箱环境的方式，让你可以安全地执行不受信任的代码。

主角登场：runInContext 和 runInNewContext

这两个函数都是用来执行JavaScript代码的，但它们创建沙箱的方式略有不同，安全级别也有差异。让我们逐一分析。

runInNewContext(code, sandbox, options)

这个函数会创建一个全新的全局对象，作为代码执行的上下文。你可以通过 sandbox 参数传递一个对象，这个对象会成为新全局对象的一部分。

简单来说，你可以把runInNewContext想象成一个全新的、干净的房间，你可以往房间里放一些东西（sandbox），然后让代码在房间里运行。

代码示例：
```
const vm = require('vm');

const code = `
  console.log('Hello from the sandbox!');
  global.message = 'This is a message from the sandbox';
  result = myFunc(10);
`;

const sandbox = {
  myFunc: (x) => x * 2,
  result: null,
  console: console // 为了能在沙箱里打印东西
};

vm.runInNewContext(code, sandbox);

console.log('Sandbox result:', sandbox.result); // 输出 20
console.log('Sandbox message:', sandbox.message); // 输出 'This is a message from the sandbox'
```
在这个例子中，我们创建了一个 sandbox 对象，包含了 myFunc 函数和 result 变量。代码在新的上下文中执行，可以访问 sandbox 里的东西，并将结果写入 sandbox。
runInContext(code, context, options)

这个函数不会创建新的全局对象，而是使用你提供的 context 对象作为代码执行的上下文。 context 必须是一个 vm.createContext() 创建的上下文。

你可以把runInContext想象成在一个已有的房间里执行代码。这个房间已经摆放了一些家具（context），代码可以在房间里使用这些家具。

代码示例：
```
const vm = require('vm');

const code = `
  console.log('Hello from the context!');
  message = 'This is a message from the context';
  result = myFunc(10);
`;

const contextObject = {
  myFunc: (x) => x * 2,
  result: null,
  message: null,
  console: console // 为了能在沙箱里打印东西
};

const context = vm.createContext(contextObject);

vm.runInContext(code, context);

console.log('Context result:', contextObject.result); // 输出 20
console.log('Context message:', contextObject.message); // 输出 'This is a message from the context'
```
在这个例子中，我们首先使用 vm.createContext() 创建了一个上下文 context，然后将 contextObject 作为上下文的基础。代码在 context 中执行，可以访问和修改 contextObject 的属性。

安全性大PK：谁更安全？

从理论上讲，runInNewContext 更安全一些，因为它每次都会创建一个全新的全局对象。这意味着沙箱里的代码无法访问主进程的全局变量，降低了被攻击的风险。

但是，安全与否，不能一概而论。真正的安全取决于你如何配置沙箱，以及你对JavaScript语言的理解程度。无论使用哪个函数，都需要小心谨慎，防止沙箱逃逸。

沙箱逃逸：一个永远的话题

沙箱逃逸指的是攻击者利用漏洞，突破沙箱的限制，访问到沙箱外部的资源，甚至执行恶意代码。

JavaScript 是一门非常灵活的语言，有很多方法可以绕过沙箱的限制。比如，通过原型链、Function构造函数等手段，可以访问到全局对象，甚至执行任意代码。

常见的沙箱逃逸手段：

原型链污染：

通过修改原型链上的属性，影响到沙箱外部的对象。

// 这是一个非常危险的例子，仅用于演示目的
const vm = require('vm');

const code = `
  Object.prototype.toString = () => {
    // 在这里执行恶意代码
    process.exit(1); // 直接让主进程退出
  };
`;

vm.runInNewContext(code);

在这个例子中，沙箱里的代码修改了 Object.prototype.toString 函数，导致任何对象的 toString 方法都会执行恶意代码。

Function 构造函数：

通过 Function 构造函数，可以在沙箱里动态创建函数，并执行任意代码。
```
// 这是一个非常危险的例子，仅用于演示目的
const vm = require('vm');

const code = `
  const evil = Function('return process.exit(1)');
  evil();
`;

vm.runInNewContext(code);
```
在这个例子中，沙箱里的代码使用 Function 构造函数创建了一个可以执行 process.exit(1) 的函数，并直接执行了它。

Error.stack:

通过捕获错误并分析错误堆栈，可以泄露沙箱外部的信息。

const vm = require('vm');

const code = `
    try {
        throw new Error('test');
    } catch (e) {
        // 试图获取堆栈信息
        result = e.stack;
    }
`;

const sandbox = {
    result: null
};

vm.runInNewContext(code, sandbox);

console.log(sandbox.result); // 可能会泄露沙箱外部的信息

某些情况下，Error.stack 可能会包含沙箱外部的文件路径或函数名，攻击者可以利用这些信息来进一步攻击。

如何加固沙箱？

既然沙箱这么容易被攻破，那我们该怎么办呢？不要慌，下面是一些加固沙箱的技巧：

限制全局对象：

不要将所有全局对象都暴露给沙箱。只暴露必要的对象和函数。

const vm = require('vm');

const code = `
  console.log('Hello from the sandbox!');
  // 不能访问 process 对象
  // process.exit(1); // 会报错
`;

const sandbox = {
  console: console, // 只暴露 console 对象
};

vm.runInNewContext(code, sandbox);

在这个例子中，我们只暴露了 console 对象给沙箱，沙箱里的代码无法访问 process 对象。

冻结对象：

使用 Object.freeze() 冻结对象，防止沙箱里的代码修改对象属性。

const vm = require('vm');

const code = `
  // 无法修改 frozenObject 的属性
  frozenObject.message = 'This will not work';
`;

const frozenObject = {
  message: 'This is a frozen object'
};

Object.freeze(frozenObject);

const sandbox = {
  frozenObject: frozenObject
};

vm.runInNewContext(code, sandbox);

console.log(sandbox.frozenObject.message); // 输出 'This is a frozen object'

在这个例子中，我们使用 Object.freeze() 冻结了 frozenObject 对象，沙箱里的代码无法修改它的属性。

使用 Proxy：

使用 Proxy 对象，可以拦截对沙箱对象的访问，并进行自定义处理。

const vm = require('vm');

const code = `
  console.log('Attempting to access restricted property');
  // 访问 restrictedProperty 会触发 Proxy 的 get 陷阱
  console.log(restrictedObject.restrictedProperty);
`;

const restrictedObject = {
  normalProperty: 'This is a normal property',
  restrictedProperty: 'This is a restricted property'
};

const proxyHandler = {
  get: function(target, propKey, receiver) {
    if (propKey === 'restrictedProperty') {
      console.log('Access to restricted property blocked!');
      return undefined; // 阻止访问
    }
    return Reflect.get(target, propKey, receiver);
  }
};

const proxiedObject = new Proxy(restrictedObject, proxyHandler);

const sandbox = {
  restrictedObject: proxiedObject,
  console: console
};

vm.runInNewContext(code, sandbox);

在这个例子中，我们使用 Proxy 拦截了对 restrictedProperty 的访问，并阻止了沙箱里的代码访问它。

禁用 eval 和 Function 构造函数：

eval 和 Function 构造函数是沙箱逃逸的常见入口，应该尽量禁用它们。

但是，直接删除 eval 和 Function 可能会导致代码出错。可以使用 Proxy 对象来拦截对它们的调用，并抛出错误。

const vm = require('vm');

const code = `
  // 尝试使用 Function 构造函数
  const evil = Function('return 1 + 1'); // 会抛出错误
  evil();
`;

const sandbox = {
    Function: new Proxy(Function, {
        construct() {
            throw new Error('Function constructor is disabled');
        }
    })
};

try {
    vm.runInNewContext(code, sandbox);
} catch (e) {
    console.error(e.message); // 输出 'Function constructor is disabled'
}

在这个例子中，我们使用 Proxy 拦截了 Function 构造函数的调用，并抛出了一个错误。

使用更安全的替代方案：

如果你的需求允许，可以考虑使用更安全的替代方案，比如：
- WebAssembly (Wasm): Wasm 是一种低级的、可移植的二进制代码格式，可以在浏览器和Node.js环境中安全地执行。
- Isolate: V8引擎提供的Isolate是一种更底层的沙箱机制，可以提供更高的安全性和性能。 Node.js 的 worker_threads 模块就是基于 Isolate 实现的。

表格总结：runInContext vs runInNewContext

特性	`runInNewContext`	`runInContext`
上下文	创建新的全局对象	使用已有的上下文对象 (通过 `vm.createContext`)
安全性	理论上更安全，因为创建了全新的全局对象	安全性取决于上下文对象的配置
适用场景	需要完全隔离的沙箱环境	需要在特定上下文中执行代码
易用性	相对简单，只需要传递一个对象即可	需要先创建上下文对象，再执行代码
逃逸难度	仍然可能被逃逸，但需要更复杂的技巧	取决于上下文对象的设计，配置不当更容易被逃逸

最佳实践：

最小权限原则： 只给沙箱必要的权限，不要暴露过多的全局对象。
防御性编程： 假设沙箱里的代码是恶意的，时刻警惕沙箱逃逸的风险。
代码审查： 定期审查沙箱代码，查找潜在的安全漏洞。
安全更新： 及时更新 Node.js 和相关依赖，修复已知的安全漏洞。

结尾：安全之路，永无止境

构建一个安全的沙箱环境是一个复杂而艰巨的任务。没有一劳永逸的解决方案。你需要不断学习新的安全技术，并根据实际情况调整你的策略。

记住，安全之路，永无止境。只有时刻保持警惕，才能保护你的系统免受攻击。

希望今天的“Node.js 虚拟机安全脱口秀”能对你有所帮助。谢谢大家！散会！

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