JS `ShadowRealm` (提案) `Security Context` `Inheritance` 与 `Content-Security-Policy`

嘿，各位观众老爷，今天咱们来聊聊一个听起来像科幻电影的东西：JavaScript 的 ShadowRealm。这玩意儿，再加上 Security Context、Inheritance 和 Content-Security-Policy（CSP），能组合出一套相当有趣的防御体系，保证你的代码运行在一个安全的环境里。准备好，咱们要开始“代码漫游”啦！

ShadowRealm：JavaScript 的平行宇宙

首先，ShadowRealm 是个啥？简单来说，它就像是 JavaScript 创建的一个平行宇宙。在这个宇宙里，你有自己的一套全局对象（global object），比如 window (在浏览器里)，global (在Node.js里)，还有自己的内置函数，比如 Array、Object 等等。

这有什么用呢？想象一下，你加载了一个第三方库，这个库的代码质量参差不齐，万一它把 Array.prototype 上面加了个乱七八糟的方法，污染了你的全局环境，那可就麻烦大了。ShadowRealm 就能解决这个问题。它提供了一个隔离的环境，让第三方代码在自己的“小黑屋”里运行，不会影响到你的主程序。

// 创建一个 ShadowRealm 实例
const realm = new ShadowRealm();

// 在 ShadowRealm 中执行代码
realm.evaluate(`
  // 在这个 realm 中，我们可以修改 Array.prototype 而不会影响到外部环境
  Array.prototype.myNewMethod = function() {
    return 'Hello from ShadowRealm!';
  };

  // 暴露一个函数到外部环境
  exports.getValue = function() {
    return Array.prototype.myNewMethod();
  };
`);

// 从 ShadowRealm 中获取导出的函数
const getValue = await realm.importValue('exports', 'getValue');

// 调用从 ShadowRealm 导出的函数
console.log(getValue()); // 输出: Hello from ShadowRealm!

// 检查外部的 Array.prototype 是否被修改
console.log(Array.prototype.myNewMethod); // 输出: undefined

在这个例子中，我们在 ShadowRealm 内部修改了 Array.prototype，但是这个修改并没有影响到外部环境。这就是 ShadowRealm 的隔离作用。

Security Context：代码的“身份证明”

Security Context 决定了代码可以访问哪些资源，可以执行哪些操作。它就像是代码的“身份证明”，证明代码有权访问某些资源。

在浏览器中，Security Context 通常由 origin（协议、域名和端口）决定。同一个 origin 下的代码通常被认为是“可信的”，可以互相访问资源。但是，如果代码来自不同的 origin，浏览器就会施加一些限制，比如跨域请求限制（CORS）。

ShadowRealm 本身就是一个独立的 Security Context。这意味着，在 ShadowRealm 内部执行的代码，只能访问 ShadowRealm 自己的全局对象和内置函数，不能直接访问外部的全局对象和内置函数。如果想要在 ShadowRealm 和外部环境之间传递数据，需要显式地进行数据序列化和反序列化。

Inheritance：谁是你的“老子”

Inheritance（继承）在 JavaScript 中是一个重要的概念。但是，在 ShadowRealm 的上下文中，我们需要特别注意继承关系。

ShadowRealm 的全局对象和内置函数，并不是从外部环境直接继承过来的。而是 ShadowRealm 自己创建的一套新的全局对象和内置函数。

这意味着，即使你在外部环境修改了 Array.prototype，这个修改也不会自动反映到 ShadowRealm 内部。你需要显式地将这些修改传递到 ShadowRealm 内部。

// 在外部环境修改 Array.prototype
Array.prototype.myExternalMethod = function() {
  return 'Hello from external!';
};

// 创建一个 ShadowRealm 实例
const realm = new ShadowRealm();

// 在 ShadowRealm 中执行代码
realm.evaluate(`
  // 检查 Array.prototype 是否包含 myExternalMethod
  console.log(Array.prototype.myExternalMethod); // 输出: undefined

  // 暴露一个函数到外部环境
  exports.checkMethod = function() {
    return Array.prototype.myNewMethod;
  };
`);

// 从 ShadowRealm 中获取导出的函数
const checkMethod = await realm.importValue('exports', 'checkMethod');

// 调用从 ShadowRealm 导出的函数
console.log(checkMethod()); // 输出: undefined

这个例子说明，ShadowRealm 内部的 Array.prototype 并没有继承外部的 Array.prototype。

Content-Security-Policy (CSP)：代码的“行为准则”

Content-Security-Policy (CSP) 是一种安全策略，它允许你定义哪些来源的代码可以被加载和执行。它就像是代码的“行为准则”，限制了代码可以执行的操作。

CSP 通过 HTTP 响应头来指定。例如，你可以使用以下 CSP 策略来限制只能加载来自同源的代码：

Content-Security-Policy: default-src 'self';

这条策略的意思是，只允许加载来自同一个 origin 的资源。任何尝试加载来自其他 origin 的资源都会被浏览器阻止。

ShadowRealm 和 CSP 结合使用，可以进一步提高代码的安全性。你可以为 ShadowRealm 指定一个独立的 CSP 策略，限制 ShadowRealm 内部的代码可以执行的操作。

例如，你可以使用以下 CSP 策略来限制 ShadowRealm 内部的代码不能执行 eval 函数：

Content-Security-Policy: script-src 'self' 'unsafe-inline' 'unsafe-eval';

修改为：

Content-Security-Policy: script-src 'self' 'unsafe-inline';

这条策略的意思是，只允许加载来自同一个 origin 的 JavaScript 代码，并且允许执行内联脚本，但是禁止执行 eval 函数。这样，即使 ShadowRealm 内部的代码包含 eval 函数，也会被浏览器阻止执行。

ShadowRealm、Security Context、Inheritance 和 CSP 的联动

现在，让我们把 ShadowRealm、Security Context、Inheritance 和 CSP 结合起来，看看它们是如何协同工作的。

隔离性： ShadowRealm 提供了一个隔离的环境，让第三方代码在自己的“小黑屋”里运行，不会影响到你的主程序。
安全性： ShadowRealm 本身就是一个独立的 Security Context。这意味着，在 ShadowRealm 内部执行的代码，只能访问 ShadowRealm 自己的全局对象和内置函数，不能直接访问外部的全局对象和内置函数。
可控性： 你可以使用 CSP 来限制 ShadowRealm 内部的代码可以执行的操作。
兼容性： 由于 ShadowRealm 内部的全局对象和内置函数并不是从外部环境直接继承过来的，因此你可以安全地修改 ShadowRealm 内部的全局对象和内置函数，而不会影响到外部环境。

通过这种方式，你可以构建一个安全、可控、兼容的 JavaScript 环境，保证你的代码运行在一个安全的环境里。

一些需要注意的点

ShadowRealm 目前还是一个提案，并不是所有的浏览器都支持。在使用 ShadowRealm 之前，需要检查浏览器是否支持。
ShadowRealm 的性能可能会受到一些影响。因为 ShadowRealm 需要创建一个新的全局对象和内置函数，这会消耗一定的资源。
在 ShadowRealm 和外部环境之间传递数据，需要显式地进行数据序列化和反序列化。这可能会增加代码的复杂性。
ShadowRealm 并不能完全防止所有的安全问题。例如，如果 ShadowRealm 内部的代码包含漏洞，攻击者仍然可以通过这些漏洞来攻击你的系统。

总结

ShadowRealm 是一个强大的工具，可以帮助你构建一个安全、可控、兼容的 JavaScript 环境。但是，ShadowRealm 并不是万能的。在使用 ShadowRealm 之前，需要仔细评估其优缺点，并根据实际情况进行选择。

代码示例：一个更完整的例子

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>ShadowRealm Example</title>
  <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self'; script-src 'self'; object-src 'none'">
</head>
<body>
  <h1>ShadowRealm Example</h1>
  <div id="output"></div>

  <script>
    async function runShadowRealm() {
      const outputDiv = document.getElementById('output');

      // 创建一个 ShadowRealm 实例
      const realm = new ShadowRealm();

      // 在 ShadowRealm 中执行代码
      const realmCode = `
        // 在这个 realm 中，我们可以修改 Array.prototype 而不会影响到外部环境
        Array.prototype.myNewMethod = function() {
          return 'Hello from ShadowRealm!';
        };

        // 尝试访问外部的 window 对象 (将会失败，因为Security Context不同)
        // try {
        //   console.log(window.location.href); // 应该会报错
        // } catch (e) {
        //   console.error("Accessing window failed as expected:", e);
        // }

        // 暴露一个函数到外部环境
        exports.getValue = function() {
          return Array.prototype.myNewMethod();
        };

        exports.add = function(a, b) {
          return a + b;
        };
      `;

      realm.evaluate(realmCode);

      // 从 ShadowRealm 中获取导出的函数
      const getValue = await realm.importValue('exports', 'getValue');
      const add = await realm.importValue('exports', 'add');

      // 调用从 ShadowRealm 导出的函数
      const realmValue = getValue();
      outputDiv.innerHTML += `<p>Value from ShadowRealm: ${realmValue}</p>`;

      // 调用 ShadowRealm 中的 add 函数
      const sum = await add(5, 3); // 请注意，参数传递需要使用 await
      outputDiv.innerHTML += `<p>Sum from ShadowRealm: ${sum}</p>`;

      // 检查外部的 Array.prototype 是否被修改
      if (Array.prototype.myNewMethod) {
        outputDiv.innerHTML += `<p>External Array.prototype was modified (ERROR!)</p>`;
      } else {
        outputDiv.innerHTML += `<p>External Array.prototype was NOT modified (Correct)</p>`;
      }
    }

    runShadowRealm();
  </script>
</body>
</html>

代码解释：

HTML 结构： 设置了一个 div 元素，用于显示来自 ShadowRealm 的输出。
CSP： 设置了 Content-Security-Policy，限制了脚本来源为 'self'，并且禁止了 object-src，增加了安全性。
runShadowRealm 函数：
- 创建了一个 ShadowRealm 实例。
- 定义了要在 ShadowRealm 中执行的代码 (realmCode)。这个代码修改了 Array.prototype，并暴露了两个函数 (getValue 和 add)。
- 使用了 realm.evaluate() 来执行代码。
- 使用了 realm.importValue() 来从 ShadowRealm 中导入函数。注意，导入函数必须使用 await。
- 调用了导入的函数，并将结果显示在页面上。
- 检查了外部的 Array.prototype 是否被修改，以验证 ShadowRealm 的隔离性。
安全测试（注释部分） 尝试访问外部的 window 对象，按照预期，这会因为 Security Context 的不同而失败。

这个例子的关键点：

演示了 ShadowRealm 的基本用法：创建实例、执行代码、导入导出函数。
验证了 ShadowRealm 的隔离性：外部的 Array.prototype 没有被修改。
展示了如何使用 Content-Security-Policy 来增强安全性。
提醒了需要使用 await 来导入和调用来自 ShadowRealm 的函数。
测试了 Security Context 的隔离性。

更进一步：

你可以尝试加载一个第三方库到 ShadowRealm 中，看看它是否会影响你的主程序。
你可以尝试使用 CSP 来限制 ShadowRealm 内部的代码可以执行的操作，例如禁止 eval 函数。
你可以尝试在 ShadowRealm 和外部环境之间传递复杂的数据结构，例如对象和数组。

希望这次“代码漫游”对你有所帮助。记住，安全无小事，多一层防护，就多一份安心。下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复