智能合约的沙箱机制是什么？

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-04-14 03:06 219阅读 0赞

了解区块链技术的童鞋都知道以太坊的智能合约都是在沙箱（Sandbox）中运行的，那到底什么是沙箱呢？为什么要在沙箱中进行呢？下面本文就为大家一一介绍。

**1.为什么需要沙箱机制？**

默认情况下，一个应用程序是可以访问机器上的所有资源的，比如CPU、内存、文件系统、网络等等。

但是这是不安全的，如果随意操作资源，有可能破坏其他应用程序正在使用的资源，或者造成数据泄漏。为了解决这个问题，一般有下面两种解决方案：

(1) 为程序分配一个限定权限的账号：利用操作系统的权限管理机制进行限制

(2) 为程序提供一个受限的运行环境：这就是沙箱机制

**2.什么是沙箱机制？**

如上所述，沙箱就是一个限制应用程序对系统资源的访问的运行环境。

沙箱很多情况下都是实现在虚拟机（VM）中，比如Java的虚拟机JVM、Javascript的虚拟机V8引擎、Android中的虚拟机Dalvik/ART，以及以太坊的虚拟机EVM等等。具体的实现方式各有不同，本文重点分析一下JVM和EVM的沙箱机制实现。

**3.JVM的沙箱机制**

JVM的沙箱机制大致可以分为三层：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

第一层：类加载器

采用双亲委派模型，低层类加载器在收到类加载请求时，需要先委派给高层类加载器区完成，只有在高层类加载器无法完成该请求时，才会再重新委派给低层类加载器。通过这一机制，确保了系统的核心类不会被篡改，恶意代码无法访问关键资源。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

第二层：字节码校验器

类字节码被加载后，需要在字节码层面进行检验，具体包括以下内容：

(1) 变量要在使用之前进行初始化

(2) 方法调用与对象引用类型之前要匹配

(3) 访问私有数据和方法的规则没有被违背

(4) 对本地变量的访问落在运行时堆栈内

(5) 运行时堆栈没有溢出通过这一机制，可以确保字节码符合Java语言规范，避免访问无效访问或越界访问。

第三层：安全管理器

这一层是交由应用开发者来维护的，开发者可以根据自身需求，制定对应的安全策略。默认的安全策略配置位于以下两个配置文件中：

· $JAVA\_HOME/conf/security/java.security

· $JAVA\_HOME/conf/security/java.policy

默认情况下安全管理器是不开启的，可以在命令行增加一个参数来开启它：

java -Djava.security.manager SandboxTest

默认的安全策略配置不允许应用程序对文件的读写操作，所以如果你试图写一个文件，运行时会报如下错误：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

如果你希望开放这个权限，可以编写自己的安全策略文件，比如我们写一个my.policy:

![20181123152503273.jpg][]

然后在运行时指定这个策略配置就可以了：

java -Djava.security.manager -Djava.security.policy=./my.policy SandboxTest

应用开发者可以针对不同的应用场景进行精细化定制，控制程序对网络、文件、属性等内容的访问权限。

**4.EVM的沙箱机制**

EVM本身是一个相对封闭的环境，不支持对网络和文件系统的直接访问，从这个层面来说已经起到一部分沙箱的功能了：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

另外，在智能合约之间互相调用时，EVM会重新分配堆栈和内存空间，在一个全新的环境中运行新合约，即使出现问题也不会破坏原有执行环境，从而为智能合约的执行提供了一个沙箱环境。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

最后，每个智能合约的存储也是相互独立的，开发者可以根据需求，限制合约可以访问的存储空间，避免未授权的访问或修改。举例来说，下图就描述了CALL和CALLCODE指令对存储空间访问的区别：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

作者：比特猫

原文链接：[https://www.kg.com/article/515470937655742464][https_www.kg.com_article_515470937655742464]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220414/32690e952f8c4b069b21cc1794156052.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220414/d911a6c9c501465ba01dfcdac1883a79.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220414/9c797a01b8a14540a90744a82dfe6016.png
[20181123152503273.jpg]: /images/20220414/590d33b9283d4a92a9fda6438c8b74ba.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220414/38cd3ebb144648029f1c03695d093f18.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220414/f7734b32e9ec4f5a901ab26c0d2e2b10.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZGl5YTAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220414/0bf645fb160347f2b4f7974275cb31cd.png
[https_www.kg.com_article_515470937655742464]: https://www.kg.com/article/515470937655742464