Web的文件系统：`File System Access API`的使用与安全。

Web文件系统：File System Access API 的使用与安全

大家好，今天我们来深入探讨Web文件系统访问的新兴技术——File System Access API（之前被称为 Native File System API）。它为Web应用提供了直接访问用户本地文件系统的能力，打破了传统Web应用的文件交互模式，带来了更强大的功能和更流畅的用户体验。然而，随之而来的安全问题也不容忽视。

1. File System Access API 概述

传统的Web文件交互方式，例如<input type="file">，用户只能选择文件上传到服务器，或者由服务器提供文件下载。File System Access API 则允许Web应用直接读写用户授权的文件和目录，无需服务器中转，极大地提升了效率和灵活性。

核心概念：

• FileSystemHandle： 这是所有文件系统条目的基类，代表一个文件或目录。
• FileSystemFileHandle： 代表一个文件，继承自 FileSystemHandle。
• FileSystemDirectoryHandle： 代表一个目录，继承自 FileSystemHandle。
• FileSystemWritableFileStream： 提供写入文件的流式接口。

API 流程：

1. 请求访问权限： 使用 window.showOpenFilePicker() 或 window.showDirectoryPicker() 获取 FileSystemHandle。 这些方法会弹出一个浏览器提供的文件选择对话框，用户必须明确授权。
2. 获取文件或目录句柄： 用户选择文件或目录后，API 返回对应的 FileSystemFileHandle 或 FileSystemDirectoryHandle。
3. 读写文件： 通过 FileSystemFileHandle 获取 FileSystemWritableFileStream 进行文件写入，或者使用 getFile() 获取 File 对象进行文件读取。
4. 操作目录： 通过 FileSystemDirectoryHandle 创建、删除、列出目录中的文件和子目录。

2. 基本用法示例

2.1 读取文件

async function openAndReadFile() {
  try {
    // 弹出文件选择对话框，允许选择单个文件
    const [fileHandle] = await window.showOpenFilePicker();

    // 获取 File 对象
    const file = await fileHandle.getFile();

    // 读取文件内容
    const text = await file.text();

    console.log("文件内容:", text);
  } catch (err) {
    console.error("读取文件失败:", err);
  }
}

代码解释：

• window.showOpenFilePicker()：显示文件选择对话框，返回一个 Promise，resolve 为一个包含 FileSystemFileHandle 对象的数组。
• fileHandle.getFile()：返回一个 File 对象，可以像传统方式一样读取文件内容。
• file.text()：以文本形式读取文件内容。

2.2 写入文件

async function saveFile(data) {
  try {
    // 弹出文件保存对话框
    const fileHandle = await window.showSaveFilePicker({
      suggestedName: 'my-file.txt', // 建议的文件名
      types: [{
        description: 'Text files',
        accept: {
          'text/plain': ['.txt'],
        },
      }],
    });

    // 创建可写流
    const writableStream = await fileHandle.createWritable();

    // 写入数据
    await writableStream.write(data);

    // 关闭流
    await writableStream.close();

    console.log("文件保存成功!");
  } catch (err) {
    console.error("文件保存失败:", err);
  }
}

代码解释：

• window.showSaveFilePicker()：显示文件保存对话框，返回一个 FileSystemFileHandle 对象。可以指定建议的文件名和文件类型。
• fileHandle.createWritable()：创建一个 FileSystemWritableFileStream 对象，用于写入文件。
• writableStream.write(data)：将数据写入文件。数据类型可以是 String, Blob, ArrayBuffer, TypedArray 或 DataView。
• writableStream.close()：关闭流，完成文件写入。

2.3 读取目录内容

async function openAndReadDirectory() {
  try {
    // 弹出目录选择对话框
    const directoryHandle = await window.showDirectoryPicker();

    // 遍历目录中的文件和子目录
    for await (const entry of directoryHandle.values()) {
      console.log("条目名称:", entry.name);
      console.log("条目类型:", entry.kind); // "file" 或 "directory"

      if (entry.kind === "file") {
        // 如果是文件，则读取文件内容
        const file = await entry.getFile();
        const text = await file.text();
        console.log("文件内容:", text.substring(0, 100) + "..."); // 只显示前100个字符
      }
    }
  } catch (err) {
    console.error("读取目录失败:", err);
  }
}

代码解释：

• window.showDirectoryPicker()：显示目录选择对话框，返回一个 FileSystemDirectoryHandle 对象。
• directoryHandle.values()：返回一个异步迭代器，用于遍历目录中的所有条目（文件和子目录）。
• entry.kind：表示条目的类型，可以是 "file" 或 "directory"。
• entry.getFile()：如果条目是文件，则返回 File 对象。

2.4 创建和删除文件/目录

async function createAndDeleteFile(directoryHandle, fileName) {
  try {
    // 创建文件
    const fileHandle = await directoryHandle.getFileHandle(fileName, { create: true });
    console.log(`文件 "${fileName}" 创建成功!`);

    // 获取可写流并写入数据（可选）
    const writableStream = await fileHandle.createWritable();
    await writableStream.write("This is a new file.");
    await writableStream.close();

    // 删除文件
    await directoryHandle.removeEntry(fileName);
    console.log(`文件 "${fileName}" 删除成功!`);
  } catch (err) {
    console.error("创建或删除文件失败:", err);
  }
}

async function createAndDeleteDirectory(parentDirectoryHandle, directoryName) {
    try {
      // 创建目录
      const newDirectoryHandle = await parentDirectoryHandle.getDirectoryHandle(directoryName, { create: true });
      console.log(`目录 "${directoryName}" 创建成功!`);

      // 删除目录 (recursive: true 表示递归删除，如果目录非空，必须设置为 true)
      await parentDirectoryHandle.removeEntry(directoryName, { recursive: true });
      console.log(`目录 "${directoryName}" 删除成功!`);
    } catch (err) {
      console.error("创建或删除目录失败:", err);
    }
}

// 使用示例 (假设已经通过 showDirectoryPicker 获取了 directoryHandle)
// createAndDeleteFile(directoryHandle, "new-file.txt");
// createAndDeleteDirectory(directoryHandle, "new-directory");

代码解释：

• directoryHandle.getFileHandle(fileName, { create: true })：获取指定名称的文件句柄。如果文件不存在，则创建它（create: true）。
• directoryHandle.getDirectoryHandle(directoryName, { create: true })：获取指定名称的目录句柄。如果目录不存在，则创建它（create: true）。
• directoryHandle.removeEntry(entryName, { recursive: true })：删除指定名称的条目（文件或目录）。 recursive: true 用于递归删除目录及其内容。

3. 安全注意事项

File System Access API 提供了强大的文件系统访问能力，但也带来了潜在的安全风险。 开发者必须采取适当的安全措施，以防止恶意利用。

3.1 用户授权

核心原则： 始终需要用户明确授权才能访问文件或目录。

• 显式授权： 必须通过 window.showOpenFilePicker() 或 window.showDirectoryPicker() 触发浏览器提供的文件/目录选择对话框，由用户主动选择并授权。
• 权限持久化： 浏览器可能会记住用户授予的权限，下次访问时不再需要重新授权。 可以使用 FileSystemHandle.verifyPermission() 检查是否已获得权限，并可以选择重新请求授权。
• 权限范围限制： API 只能访问用户明确选择的文件和目录，以及这些目录的子目录。 无法访问用户未授权的任何其他文件系统区域。

3.2 恶意文件处理

核心原则： 对读取的文件内容进行严格的验证和过滤，防止恶意代码注入。

• 文件类型验证： 确保读取的文件类型与预期一致。例如，如果期望读取文本文件，则验证文件的 MIME 类型是否为 text/plain。
• 内容安全策略 (CSP)： 配置 CSP 策略，限制脚本执行的来源和权限，防止恶意脚本注入。
• 数据消毒： 对读取的文件内容进行消毒，移除潜在的恶意代码或脚本。 例如，可以使用 DOMPurify 等库来清理 HTML 内容。
• 避免执行代码： 绝对不要直接执行从文件中读取的代码，例如使用 eval() 或 Function()。

3.3 跨站脚本攻击 (XSS)

核心原则： 防止将从文件中读取的数据未经处理地插入到 DOM 中，导致 XSS 攻击。

• 转义输出： 在将数据插入到 DOM 之前，始终对特殊字符进行转义，例如使用 textContent 代替 innerHTML。
• 使用安全的 DOM API： 避免使用可能导致 XSS 漏洞的 DOM API，例如 innerHTML 和 outerHTML。
• CSP 策略： 配置 CSP 策略，限制脚本执行的来源和权限，防止 XSS 攻击。

3.4 拒绝服务攻击 (DoS)

核心原则： 限制文件大小和操作频率，防止恶意用户通过上传大量文件或频繁操作文件来耗尽服务器资源。

• 文件大小限制： 限制用户可以选择的文件大小，防止上传过大的文件。
• 操作频率限制： 限制用户执行文件操作的频率，例如创建、删除、写入文件。
• 资源配额： 为每个用户分配一定的文件系统资源配额，防止恶意用户占用过多资源。

3.5 目录遍历攻击

核心原则： 防止用户通过修改文件路径来访问未授权的目录或文件。

• 路径验证： 对用户提供的文件路径进行严格的验证，确保路径在授权的目录范围内。
• 禁止相对路径： 避免使用相对路径，始终使用绝对路径来访问文件。
• 权限控制： 对不同的用户或角色分配不同的文件系统权限，限制用户可以访问的目录和文件。

3.6 安全编码实践

• 最小权限原则： 只请求必要的权限，不要过度授权。
• 输入验证： 对所有用户输入进行验证，包括文件名、文件内容、文件路径等。
• 错误处理： 妥善处理错误，防止敏感信息泄露。
• 安全审计： 定期进行安全审计，检查代码是否存在安全漏洞。
• 及时更新： 及时更新浏览器和相关库，修复已知的安全漏洞。

4. 权限管理和持久化

File System Access API 的权限模型是基于用户授权的。 一旦用户授予了某个网站访问特定文件或目录的权限，浏览器通常会记住这个授权，下次访问时就不需要重新请求授权了。

4.1 检查权限状态

可以使用 FileSystemHandle.verifyPermission() 方法来检查当前是否已获得对某个文件或目录的权限。

async function checkPermission(fileHandle, mode = 'readwrite') {
  const options = {};
  if (mode === 'readwrite') {
    options.mode = 'readwrite';
  }
  if ((await fileHandle.queryPermission(options)) === 'granted') {
    return true;
  }
  if ((await fileHandle.requestPermission(options)) === 'granted') {
    return true;
  }
  return false;
}

代码解释：

• fileHandle.queryPermission(options)：检查当前是否已获得指定模式的权限（read 或 readwrite）。 返回 "granted"、"denied" 或 "prompt"。
• fileHandle.requestPermission(options)：请求用户授予指定模式的权限。 返回 "granted" 或 "denied"。
• mode 参数：指定权限模式，默认为 "readwrite"。

4.2 权限持久化

浏览器会根据一定的策略来持久化权限。 一般来说，如果用户经常访问某个网站并授予了文件系统权限，浏览器就会记住这个授权。 但是，如果用户长时间不访问该网站，或者清除了浏览器数据，权限可能会被重置。

4.3 权限撤销

用户可以通过浏览器设置来撤销已授予的权限。 具体操作方式取决于不同的浏览器。

4.4 最佳实践

• 始终检查权限状态： 在访问文件或目录之前，始终使用 verifyPermission() 方法检查是否已获得权限。
• 处理权限被拒绝的情况： 如果权限被拒绝，向用户提供友好的提示，并解释为什么需要访问文件系统。
• 尊重用户选择： 不要强迫用户授予权限，提供其他替代方案。

5. 实际应用场景

File System Access API 在许多Web应用中都有广泛的应用前景：

• 本地编辑器： 可以创建功能强大的本地编辑器，直接编辑用户本地的文件，无需上传到服务器。
• 图像处理应用： 可以开发图像处理应用，直接对用户本地的图片进行编辑和处理。
• 音视频编辑应用： 可以开发音视频编辑应用，直接对用户本地的音视频文件进行编辑和处理。
• 游戏开发： 可以开发Web游戏，直接读取用户本地的游戏资源文件。
• 文档管理系统： 可以开发文档管理系统，直接管理用户本地的文档。
• IDE（集成开发环境）： 可以构建基于浏览器的IDE，直接编辑和管理本地代码文件。

6. 兼容性与特性检测

File System Access API 并非所有浏览器都支持。 在使用该 API 之前，需要进行特性检测，以确保浏览器支持。

if ('showOpenFilePicker' in window) {
  // File System Access API is supported
  console.log("File System Access API is supported!");
} else {
  // File System Access API is not supported
  console.log("File System Access API is not supported!");
}

可以使用上述代码来检测浏览器是否支持 showOpenFilePicker 方法，如果支持，则表示浏览器支持 File System Access API。

此外，不同的浏览器可能对 API 的支持程度有所不同。 例如，某些浏览器可能只支持读取文件，而不支持写入文件。 因此，在使用 API 时，需要根据浏览器的特性进行适配。

7. 总结

File System Access API 是一个强大的Web文件系统访问技术，它为Web应用带来了更强大的功能和更流畅的用户体验。 然而，开发者必须充分了解其安全风险，并采取适当的安全措施，以防止恶意利用。 通过遵循最佳实践，可以安全地使用 File System Access API，构建更强大的Web应用。

权限与安全：关键防线

用户授权是访问本地文件系统的首要条件，严格的文件类型验证和内容安全策略至关重要。安全编码实践，最小权限原则，以及及时的安全审计都是不可或缺的。

API 的应用与未来

File System Access API 在本地编辑器、图像处理、音视频编辑、游戏开发和文档管理等领域具有广泛的应用前景。 随着浏览器技术的不断发展，File System Access API 将会变得越来越强大和普及。