解释 `JavaScript Runtime` 的 `Global Object` (`window`, `globalThis`) 和 `Realm` (提案) 的安全边界。

各位朋友们，晚上好！我是老码，今天来和大家聊聊 JavaScript 运行时环境中的一些安全边界话题，主要是围绕 Global Object (比如 window、globalThis) 和 Realm (虽然还是提案，但很有意思) 展开。希望这次的分享能让大家对 JavaScript 的安全机制有更深入的了解。

开场白：JavaScript 的世界观

大家知道，JavaScript 是一门单线程、解释型语言。这听起来很简单，但实际上，它运行的环境却非常复杂。我们可以把 JavaScript 的运行环境想象成一个舞台，而 Global Object 和 Realm 就是这个舞台上的重要角色，它们决定了 JavaScript 代码能看到什么，能做什么。

第一幕：Global Object – 世界的中心

Global Object，顾名思义，是全局对象。在浏览器中，它通常是 window 对象；在 Node.js 中，它则是 global 对象。globalThis 是一个相对较新的特性，它的目标是在不同的 JavaScript 运行环境中提供一个标准的全局对象访问方式。

• window (浏览器环境): 浏览器窗口的代表，包含了浏览器提供的各种 API，比如 document (用于操作 DOM)、setTimeout、fetch 等等。

  // 在浏览器中
  console.log(window.innerWidth); // 获取浏览器窗口的宽度
  window.alert("Hello, world!"); // 弹出一个警告框

• global (Node.js 环境): Node.js 的全局对象，包含了 Node.js 提供的 API，比如 process (用于访问进程信息)、require (用于加载模块)、Buffer (用于处理二进制数据) 等等。

  // 在 Node.js 中
  console.log(global.process.version); // 获取 Node.js 的版本
  global.setTimeout(() => {
    console.log("Hello from Node.js!");
  }, 1000);

• globalThis (跨平台): 为了解决不同环境下全局对象不一致的问题，ES2020 引入了 globalThis。它提供了一种标准的方式来访问全局对象，无论你是在浏览器、Node.js 还是其他 JavaScript 运行环境中。

  // 跨平台
  console.log(globalThis.Math.PI); // 获取圆周率
  globalThis.setTimeout(() => {
    console.log("Hello from globalThis!");
  }, 1000);

Global Object 的安全隐患

Global Object 的存在虽然方便，但同时也带来了一些安全隐患。因为任何代码都可以访问 Global Object，这意味着恶意代码可以通过修改 Global Object 来影响其他代码的运行。

• 原型污染 (Prototype Pollution): JavaScript 中，几乎所有的对象都继承自 Object.prototype。如果恶意代码修改了 Object.prototype，那么所有的对象都会受到影响。

  // 恶意代码
  Object.prototype.evilProperty = "I am evil!";
  
  // 其他代码
  const obj = {};
  console.log(obj.evilProperty); // 输出 "I am evil!"

• 篡改原生 API: 恶意代码可以篡改原生 API，比如 Array.prototype.push 或 String.prototype.substring，从而影响其他代码的正常运行。

  // 恶意代码
  const originalPush = Array.prototype.push;
  Array.prototype.push = function() {
    console.log("Push operation intercepted!");
    return originalPush.apply(this, arguments);
  };
  
  // 其他代码
  const arr = [];
  arr.push(1); // 输出 "Push operation intercepted!"

• 全局变量污染: 在 JavaScript 中，如果没有使用 var、let 或 const 声明变量，那么这个变量会自动成为 Global Object 的属性。这可能导致不同模块之间的变量冲突。

  // 模块 A
  myVariable = "Hello from module A"; // 意外地成为了 globalThis.myVariable
  
  // 模块 B
  console.log(globalThis.myVariable); // 输出 "Hello from module A"
  myVariable = "Hello from module B"; // 覆盖了模块 A 的变量

第二幕：Realm – 隔离的世界

为了解决 Global Object 的安全问题，TC39 委员会提出了 Realm 提案。Realm 可以理解为一个独立的 JavaScript 运行环境，它拥有自己的 Global Object 和内置对象。不同的 Realm 之间是相互隔离的，这意味着一个 Realm 中的代码无法直接访问另一个 Realm 中的 Global Object 和变量。

Realm 的工作原理

可以把 Realm 想象成一个个独立的沙箱。每个沙箱都有自己的水、空气、食物，沙箱之间互不干扰。

1. 创建 Realm: 使用 new Realm() 可以创建一个新的 Realm。

2. 运行代码: 可以使用 eval() 方法在 Realm 中运行代码。需要注意的是，这个 eval() 方法是 Realm 实例的方法，而不是全局的 eval() 函数。

3. 隔离性: 不同 Realm 之间的 Global Object 是相互隔离的。

Realm 的优势

• 安全性: Realm 可以防止恶意代码篡改全局对象，从而提高 JavaScript 代码的安全性。
• 模块化: Realm 可以用于实现模块化，将不同的模块运行在不同的 Realm 中，防止模块之间的变量冲突。
• 隔离性: Realm 可以用于隔离第三方代码，防止第三方代码影响主程序的运行。

Realm 的例子 (伪代码，因为目前还没有正式发布)

// 创建一个新的 Realm
const realm = new Realm();

// 在 Realm 中运行代码
const result = realm.eval("1 + 1");
console.log(result); // 输出 2

// Realm 中的 Global Object 是独立的
realm.eval("globalThis.myVariable = 'Hello from Realm'");
console.log(globalThis.myVariable); // 输出 undefined (因为是在主 Realm 中)

// 从 Realm 中获取值 (需要使用 Realm 的 API，这里只是示例)
// const myVariable = realm.get("myVariable");
// console.log(myVariable); // 输出 "Hello from Realm"

Realm 的局限性

虽然 Realm 听起来很美好，但它也存在一些局限性：

• 提案阶段: Realm 仍然是一个提案，还没有被正式纳入 JavaScript 标准。这意味着不同的 JavaScript 引擎对 Realm 的支持程度可能不同。
• 性能开销: 创建和管理 Realm 会带来一定的性能开销。
• 互操作性: 不同 Realm 之间的互操作性比较复杂。需要使用特定的 API 才能在不同的 Realm 之间传递数据。

Global Object vs. Realm：对比表格

特性	Global Object	Realm
范围	单一全局环境	多个隔离环境
安全性	容易受到原型污染、全局变量污染等攻击	提供更强的隔离性，防止全局污染
用途	访问全局变量、函数、API	创建隔离的运行环境，实现模块化、隔离第三方代码
兼容性	所有 JavaScript 引擎都支持	提案阶段，兼容性有限
性能	性能开销较小	创建和管理 Realm 会带来一定的性能开销
互操作性	方便，可以直接访问	复杂，需要使用特定的 API 才能在不同的 Realm 之间传递数据
适用场景	简单的 JavaScript 应用	需要高安全性和隔离性的应用，例如沙箱环境、模块化系统

第三幕：安全最佳实践

了解了 Global Object 和 Realm 的安全边界，我们来看看在实际开发中，如何提高 JavaScript 代码的安全性。

1. 使用 strict mode: strict mode 可以帮助你避免一些常见的 JavaScript 错误，并提高代码的安全性。

   "use strict";
   
   // 在 strict mode 下，未声明的变量会报错
   // myVariable = "Hello"; // 报错：ReferenceError: myVariable is not defined

2. 避免全局变量污染: 使用 var、let 或 const 声明变量，避免意外地创建全局变量。

   function myFunction() {
     let myVariable = "Hello"; // 使用 let 声明局部变量
   }

3. 不要修改原生 API: 尽量不要修改原生 API，如果必须修改，要谨慎处理，并做好注释。

   // 不推荐
   // Array.prototype.myCustomMethod = function() { ... };
   
   // 如果必须修改，要做好注释
   /**
    * 为 Array 添加一个自定义方法，用于...
    */
   // Array.prototype.myCustomMethod = function() { ... };

4. 使用模块化: 使用模块化可以避免全局变量污染，并提高代码的可维护性。

   // 模块 A (moduleA.js)
   export const myVariable = "Hello from module A";
   
   // 模块 B (moduleB.js)
   import { myVariable } from "./moduleA.js";
   console.log(myVariable); // 输出 "Hello from module A"

5. 使用 Content Security Policy (CSP): CSP 是一种安全策略，可以帮助你防止跨站脚本攻击 (XSS)。

   <meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self'">

6. 小心第三方库: 在使用第三方库时，要仔细审查代码，确保第三方库没有安全漏洞。

7. 使用沙箱环境: 如果需要运行不可信的代码，可以使用沙箱环境，例如 Web Workers 或 iframe。

8. 未来展望，关注 Realm: 虽然 Realm 还在提案阶段，但它的潜力巨大。关注 Realm 的发展，并尝试在项目中应用它，可以提高 JavaScript 代码的安全性。

总结：安全无小事

JavaScript 的安全是一个复杂的话题，需要我们不断学习和实践。了解 Global Object 和 Realm 的安全边界，并采取适当的安全措施，可以帮助我们构建更安全、更可靠的 JavaScript 应用。记住，安全无小事，每一个细节都可能影响整个系统的安全性。

希望今天的分享对大家有所帮助。谢谢大家！

Q&A 环节 (模拟):

观众A: 老码，你说的原型污染听起来很可怕，有什么工具可以检测原型污染吗？

老码: 是的，原型污染确实很危险。目前有一些工具可以帮助你检测原型污染，比如 DOMPurify (虽然它主要用于防止 XSS，但也可以检测一些原型污染攻击) 和一些静态代码分析工具。此外，最好的方法还是提高自己的安全意识，在编写代码时多加小心。

观众B: Realm 听起来很棒，但是还没有正式发布，现在可以用吗？

老码: 虽然 Realm 还没有正式发布，但是你可以尝试使用一些 Polyfill 或实验性的实现。不过需要注意的是，这些 Polyfill 或实验性的实现可能存在一些问题，需要谨慎使用。建议在生产环境中使用稳定的解决方案，例如 Web Workers 或 iframe。

观众C: CSP 看起来很复杂，有什么简单的例子吗？

老码: CSP 的确比较复杂，但是你可以从简单的例子开始。比如，你可以使用 default-src 'self' 来禁止加载来自其他域的资源。然后，你可以逐步添加其他指令，例如 script-src、style-src 和 img-src，来控制不同类型资源的加载策略。记住，CSP 是一种防御性策略，需要根据你的具体需求进行配置。

观众D: 老码，你觉得 JavaScript 的未来安全趋势是什么？

老码: 我认为 JavaScript 的未来安全趋势是更加强调隔离性和安全性。Realm 的出现就是一个很好的例子。未来，我们可能会看到更多的安全特性被添加到 JavaScript 中，例如更强的类型检查、更严格的权限控制和更完善的沙箱环境。同时，开发者也需要不断提高自己的安全意识，学习新的安全技术，才能构建更安全、更可靠的 JavaScript 应用。