java冷知识：应用程序安全沙箱

港控/mmm° 2022-03-16 00:23 258阅读 0赞

在阅读jdk源码时经常遇到System.getSecurityManager();这样安全检查代码。它保证了jvm所运行程序的完整性，使得jvm不会因为运行有漏洞或恶意的代码而导致出现不可预期的状态。

public class File implements Serializable, Comparable<File>{    
        public boolean canRead() {
            SecurityManager security = System.getSecurityManager();
            if (security != null) {
                security.checkRead(path);//检查
            }
            if (isInvalid()) {
                return false;
            }
            return fs.checkAccess(this, FileSystem.ACCESS_READ);
        }
    }
    public class Socket implements java.io.Closeable {
        public void connect(SocketAddress endpoint, int timeout) throws IOException {   
            InetSocketAddress epoint = (InetSocketAddress) endpoint;
            InetAddress addr = epoint.getAddress ();
            int port = epoint.getPort();
            checkAddress(addr, "connect");
    
            SecurityManager security = System.getSecurityManager();
            if (security != null) {
                if (epoint.isUnresolved())
                    security.checkConnect(epoint.getHostName(), port);//检查
                else
                    security.checkConnect(addr.getHostAddress(), port);
            }
           ...
        }
    }

**1. 为什么 Java 语言需要这样的安全检查代码呢？**

Java 编写的不只是**服务端应用程序**，它还可以作为**客户端**跑在浏览器上（Applet），它还可以以 app 的形式跑在手机上（J2ME）,针对不同的平台 JVM 会使用不同的安全策略。对于 Applet 而言，受限尤其严苛，通常都不允许 Applet 来操作本地文件。

**2. java 的安全检查管理器和操作系统的权限检查是同一个概念吗？**

class System {
      public static String getenv(String name) {
        SecurityManager sm = getSecurityManager();
        if (sm != null) {
           sm.checkPermission(new RuntimePermission("getenv."+name));
        }
        return ProcessEnvironment.getenv(name);
      }
    }

似乎所有和 IO 操作有关的方法调用都需要进行安全检查。跟 IO 操作相关的权限检查似乎还可以理解，不是所有的 IO 资源用户进程都是可以随意访问的。但是连环境变量都不让随意读，而且限制的还不是所有环境变量，而是某个具体的环境变量，这安全检查是不是有点过了？这是因为 Java 的安全检查管理器和操作系统的权限检查不是一个概念，**待 Java 的安全检查通过后执行具体的 IO 操作时，操作系统还会继续进行权限检查**。

**3. 沙箱的安全检查点有哪些？**

1.  文件操作
2.  套接字操作
3.  线程和线程组
4.  类加载器控制
5.  反射控制
6.  线程堆栈信息获取
7.  网络代理控制
8.  Cookie 读写控制

**4. 如何判断是否通过安全检查？**

安全检查没有通过，那就会抛出 java.security.AccessControlException 异常。即使安全检查通过了，操作系统的权限检查仍然可能通不过，这时候又会抛出其它类型的异常。

**5. 有必要开启安全检查？**

我们平时在本地运行 java 程序时通常都不会默认打开安全检查器。启用安全检查，将会降低程序的执行效率，如果policy 配置文件配置多了，那么检查效率就会很慢。不过用 Java 来编写服务端程序似乎开启安全检查没有任何必要。

**6. 如何开启安全检查呢？**

> 添加jvm 参数：
> 
> java -Djava.security.manager xxx  
> java -Djava.security.manager -DDjava.security.policy="$\{policypath\}"
> 
> 指定安全策略文件：  
> \{policypath\}需要提供具体路径，默认的策略文件路径是 JAVA\_HOME/jre/lib/security/java.policy，它的内容如下
> 
>     // 内置扩展库授权规则
>     // 表示 JAVA_HOME/jre/lib/ext/ 目录下的类库可以全权访问任意资源
>     // 包含 javax.swing.*, javax.xml.*, javax.crypto.* 等等
>     grant codeBase "file:${
>         {java.ext.dirs}}/*" {
>      permission java.security.AllPermission;
>     };
>     
>     // 其它类库授权规则
>     grant {
>      // 允许线程调用自己的 stop 方法自杀
>      permission java.lang.RuntimePermission "stopThread";
>      // 允许程序监听 localhost 的随机可用端口，不允许随意订制端口
>      permission java.net.SocketPermission "localhost:0", "listen";
>      // 限制获取系统属性，下面一系列的配置都是只允许读部分内置属性
>      permission java.util.PropertyPermission "java.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vendor", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vendor.url", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.class.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "os.name", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "os.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "os.arch", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "file.separator", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "path.separator", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "line.separator", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.specification.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.specification.vendor", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.specification.name", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.vendor", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.name", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.version", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.vendor", "read";
>      permission java.util.PropertyPermission "java.vm.name", "read";
>     };
> 
> grant 如果提供了 codeBase 参数就是针对具体的类库来配置权限规则，如果没有指定 codeBase 就是针对所有其它类库配置的规则。
> 
> 上面的配置意味着启用默认安全策略的 JVM 将无法访问本地文件。如果需要访问本地文件，可以增加下面的规则
> 
>     permission java.io.FilePermission "/etc/passwd", "read";
>     permission java.io.FilePermission "/etc/shadow", "read,write";
>     permission java.io.FilePermission "/xyz", "read,write,delete";
>     // 允许读所有文件
>     permission java.io.FilePermission "*", "read";
> 
> 上面Permission 的配置参数正好对应了它的构造器参数  
> public FilePermission(String path, String actions) \{  
>   super(path);  
>   init(getMask(actions));  
> \}

**7. 如何自定义权限规则？**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2l0c29mdGNoZW5mZWk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

Java 默认安全规则分为几大模块，每个模块都有各自的配置参数。其中 AllPermission 表示打开所有权限。还有一个不速之客 HibernatePermission，它并不是内置的权限模块，它是 Hibernate 框架为自己订制的，这意味着安全规则是支持自定义扩展的。扩展也很简单，可以自己编写一个 Permission 子类，实现它的 4 个抽象方法。

abstract class Permission {
      // 权限名称，对于文件来说就是文件名，对于套接字来说就是套接字地址
      // 它的意义是子类可定制的
      private String name;
      // 当前权限对象是否隐含了 other 权限
      // 比如 AllPermission 的这个方法总是返回 true
      public abstract boolean implies(Permission other);
      // equals 和 hashcode 用于权限比较
      public abstract boolean equals(Object obj);
      public abstract int hashCode();
      // 权限选项 read,write,xxx
      public abstract String getActions();
    }
    
    class CustomPermission extends Permission {
      private String actions;
      CustomPermission(string name, string actions) {
        super(name)
        this.actions = actions;
      }
      ...
    }
    //JVM 启动时会将 profile 里面定义的权限规则加载到权限池中
    class CustomAPI {
      public void someMethod() {
        SecurityManager sec = System.getSecurityManager();
        if(sec != null) {
          sec.CheckPermission(new CustomPermission("xname", "xactions"));
        }
        ...
      }
    }

如果 profile 里面定义的权限规则特别多，那么检查效率就会很慢，使用时注意安全检查要省着点使用。![86609055][]

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[86609055]: /images/20220316/1e9c07ceb6b149fdbac6fa254f2973b7.png