Lisk沙箱漏洞分析及解决方案

摘要：背景前一阵子比特股的创始人质疑了系统中的一系列问题，绝大多数都被的创始人之一正面回应过了，具体可以看看这个但是有一个问题没有回应或者说还没有提出解决方案。的组合堪称完美。

背景

前一阵子比特股的创始人Daniel Larimer质疑了lisk系统中的一系列问题，绝大多数都被lisk的创始人之一Max正面回应过了，具体可以看看这个http://ethereum.stackexchange...
但是有一个问题Max没有回应或者说还没有提出解决方案。
那就是lisk侧链的运行环境，Larimer说
“Lisk所面临的大多数问题，都可以通过一个高度定制的JavaScript 环境来解决。”
否则，lisk的系统面临两大考验：
首先，也是最重要的，lisk目前的沙箱机制不足以限制侧链代码的权限，也就是说无法运行不受信任的代码，那些代码可能会盗取服务器的关键信息，或者直接对服务器进行破坏
其次，是关于侧链开发者的，lisk的侧链代码是运行在一个拥有全部能力的javascript环境，这里面有些可以导致不确定因素的函数，比如Math.random，lisk官方的开发文档特别指出希望开发者避开这些函数，这对开发者会造成心智负担，如果是一个定制版的javascript环境呢，直接把那些导致不确定因素的函数干掉，开发者根本不需要花费额外的精力去避开那些陷阱。

我们先说说为什么要用沙箱。沙箱(sandbox)是云计算平台广泛采用的安全防范措施，是一种访问控制机制，其目的是为了限制应用代码的权限，防止应用代码对系统进行随意的访问和破坏，因为在云计算平台中，应用代码是由各种各样的第三方开发者实现的，他们的代码是不能被信任的，需要沙箱来做一层隔离，让这些应用代码只能做有限的事情。
lisk在区块链领域是很类似于云计算平台的，他们提供一些服务，允许第三方开发者基于这些服务构建他们自己的应用程序(即dapps)。
所以lisk也需要沙箱机制来保证dapps的作者无法作恶，lisk的做法是提供一个定制版的nodejs环境来达到这一目的。
具体实现在这段代码里，https://github.com/LiskHQ/lis...
我经过分析，发现这个sandbox名不副实，只是使用管道手段实现了进程间通讯，而且是使用一种绕弯的方式实现的。nodejs的进程间通讯可以通过javascript代码直接实现，为什么要用c++来实现呢？
我带着这个疑问，和一些期望，亲手做了一个实验。
我首先使用lisk-cli创建一个hello world侧链

lisk-cli dapp -a

接着我在侧链程序的入口处 加了一段代码

console.log(require("fs").readFileSync("../../config.json"))

然后运行之，于是我得到了这个服务器主节点的受托人的所有密码

"forging": {
  "secret": [
    "wKyoJM1vS4ucHmWvxDSdcpC23mJwqfg3G6MKZoXaFfcnWHTqo7",
    "2aTWYPpQidVunxTg3y8YESYps7za6f9d4wYn9Gy2GuGnE7JX7V",
    "65uZNjL36Bdg2tkJnueYkd2n6YPe76fpdeYtgu7fso1m385mwD",
      …………

果然，这个沙箱并没有起隔离的作用，拥有管理员的权限，这等于给黑客敞开了大门。
有人说，lisk系统设置了二级密码，你获取了他的一级密码，还是没法盗取他们的钱。
也有人说，可以通过Linux自身的权限机制，给侧链代码一个低级用户，使之无法访问其他用户的文件。
这些都是治标不治本的办法，根本解决途径是按照lisk预先设想的那样，要让沙箱名副其实，做到真正的环境隔离，要让侧链代码对外界一无所知。
解决方案

那么，如何实现真正的沙箱呢？有很多种方案，比如跳过nodejs，直接使用v8引擎，或者使用进程级别的权限控制，比如windows系统的SetWindowsHookEx，当然，lisk目前并不打算支持windows版本的完整版钱包，那么在linux系统中可以使用seccomp技术。
我这里有种更简单的方法，那就是利用nodejs自带的vm模块。
第一步 创建原生的javascript虚拟机

var vm = require("vm");
var context = vm.createContext();
vm.runInContext(sideChainCode, context);

这几行代码完成了对侧链代码的隔离，sideChainCode中只能进行纯粹的运算逻辑，只能使用少量的v8引擎内置的javascript标准库。甚至连setTimeout，console.log都没有。
我们需要做些额外的工作。
比如，给运行环境添加setTimeout和clearTimeout

context.setTimeout= function(fn, delay) {
    if (typeof(fn) == "string") {
      setTimeout(new Function(fn), delay)
    } else {
      setTimeout(fn, delay)
    }
};
context.clearTimeout = clearTimeout;

添加日志打印功能，让侧链的日志，转发到主系统的中

global.print = send.bind(global, "stdout");
global.console = { log: send.bind(global, "stdout") };
global.process = {
    stdout: { write: send.bind(global, "stdout") }
};
global.postMessage = send.bind(global, "message");

另外，还可以禁用那些导致不确定因素的函数

global.Math.random = undefined;

这些都做完以后，侧链代码的访问权限就被限制在一个狭小的范围内了。它们无法使用require，fs，http等nodejs内置的标准库。
这样安全的目的达到了，但是引发另一个问题，那就是功能性的问题了，不能使用那些额外的库，只有js的标准库也太不方便了，很多复杂功能无法实现，特别是没有了require之后，连模块化都做不到了。
所以我们需要第二步。
第二步 webpack

webpack本来是一个前端常用的打包方案，用于模块化的管理前端项目。很多人忽略了其实在后端webpack同样适用，并且可以把node_modules里的库，甚至nodejs的一部分内置库一起打包。
也就是说前端能用的js库，除了UI相关的之外，在侧链沙箱内，也都可以用，比如async，bytebuffer，crypto，js-nacl，bignum等等，这对于侧链来说够用了。
那些不能用的库，比如文件系统、多进程、网络模块，正是我们想要抛弃的。
vm + webpack的组合堪称完美。
这是日新月异的前端技术带给javascript这门语言的福利，也是以太坊的solidity等新语言望尘莫及的。
不过我们还需要一些收尾的工作
第三步 扫清障碍

目前侧链代码中有些地方使用了一些比较复杂的库，比如ed2curve，涉及到非常多的依赖，我们认为是没有必要的，这部分功能可以在主链中提供，通过进程间通讯以api的方式提供给侧链使用。
这样也可以减轻侧链代码的累赘，还可以让侧链开发者更加轻松。这些代码对整个框架的影响非常小，可以忽略不计，但是它们依赖的库却占用了一半以上的代码量，其中还包括了沙箱环境不允许的一些操作。
经过分析，我发现只需要禁用modules/api/crypto.js中的两个函数即可

Crypto.prototype.encrypt
Crypto.prototype.decrypt

另外，js-nacl这个库里依赖了fs模块，但是相关函数并没有被用到，暂时通过手工修改的方式，把fs相关代码去掉就可以正常打包并运行了。
最后，我把一个完整的侧链项目和主链框架中的关键代码打包放在这里了。http://o7dyh3w0x.bkt.clouddn....

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