基于WebAssembly的前端网络安全实践

前端 WebAssembly
  1. 使用场景
  2. 实现功能
  3. WebAssembly快速上手玩法
    1. 1. 下载跨平台编译SDK：
    2. 2. 初始化SDK
    3. 3. 编译C/C++代码：
    4. 4. 在Vue中使用wasm
    5. 5. wasm桥接
    6. 6. 后续步骤
    7. 7. 项目实践中的实际问题
      1. 域名验证防止wasm被冒用
      2. 编译OpenSSL
      3. Emscripten结合到CLion

WebAssembly（缩写为Wasm）是一种用于基于堆栈的虚拟机的二进制指令格式。Wasm 被设计为编程语言的可移植编译目标，支持在 Web 上部署客户端和服务器应用程序。

使用场景

WebAssembly是一种运行在现代网络浏览器中的新型代码，并且提供新的性能特性和效果。
它设计的目的不是为了手写代码而是为诸如 C、C++和Rust等低级源语言提供一个高效的编译目标。

  • 拥有更好的计算性能
  • 受益于现代C++的模板，常量表达式，宏定义等特性
  • 提高安全性，比js更加难以实施逆向，可以实施编译时加密技术
  • 受益于已存在的大量开源C/C++开源库，可以移植使用

实现功能

  • 基于C++14常量表达式和模板的字符串编译时加密
  • 在类unix系统上编译openssl，静态链接到工程中，可用于方便的实现各种加密手段
  • 基于openssl，实现sha1, sha256, aes256, base64算法demo
  • 基于nlohmann::json，实现方便使用的json操作demo

WebAssembly快速上手玩法

1. 下载跨平台编译SDK：

* 参考文档：https://emscripten.org/docs/getting_started/downloads.html
* 下载地址：https://github.com/emscripten-core/emsdk

2. 初始化SDK

按照文档初始化SDK

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./emsdk install latest
./emsdk activate latest
source ./emsdk_env.sh

3. 编译C/C++代码：

  • 编译第一个程序很简单，类似于用gcc/clang编译一个程序：

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    //main.cpp
    #include <stdio.h>

    int main() {
        printf("你好，世界！\n");
        return 0;
    }

  • 编译很简单

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    emcc main.cpp

  • 编译可以直接生成html文件，方便调试

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    emcc main.cpp -o main.html

  • 编辑代码可以采用Clion/VsCode等

  • 复杂程序编译也需要按需求加入更多源文件和编译选项

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    cd ./cpp
    emcc -o ../src/wasm/emjob.mjs -std=c++17 -lembind -I./libs/openssl main.cpp libs/openssl/libcrypto.a

  • 或者直接执行make.bat

  • 其他编译选项可以参考cpp/make.bat

  • emcc编译选项可以参考 https://emscripten.org/docs/tools_reference/emcc.html

  • 基本原理：emcc编译源文件产生对应的js文件及wasm文件，以供后续在前端代码中调用

4. 在Vue中使用wasm

  • 上一步编译成功会生成src/wasm/emjob.mjs，在vue项目中可以方便的引用wasm模块：
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    import Module from "@/wasm/emjob"
    Module().then(module => {
        app.config.globalProperties.$wasm = module
        app.mount('#app')
    })

实例中wasm异步加载放在了整个vue加载之前，如果影响前端代码执行，也可以改到适合的地方调用即可

5. wasm桥接

  • 最常用的js调c++，就很简单，例如：

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    void fun1(){}
    void fun2(){}

    EMSCRIPTEN_BINDINGS(my_module) {
        function("fun1", &fun1);
        function("fun2", &fun2);
    }

  • 更多可以参考文档：https://emscripten.org/docs/porting/index.html

6. 后续步骤

  • 标准vue前端项目运行或打包即可

7. 项目实践中的实际问题

域名验证防止wasm被冒用

用wasm固然可以隐藏一些运算逻辑，使运算逻辑难以被逆向成功，只少比js逻辑保密性好一些吧，但是如果客人果真调试我们的网站，
发现关键逻辑是wasm写的，大概率会想到直接冒用我们的wasm，也不用管算法如何，能用就行。

对于这种情况，我们最简单的防御方法就是做一下域名验证吧，比如一个签名算法，我们可以做个判断，只有当前域名为localhost，
我们才返回正确的签名，否则就返回一个错误的值。客人发现运算结果是错的，不一定第一时间想到是域名问题，也许就知难而退了。
当然这个方法也不能完全保证安全，如果客人知道了这个判断，他们伪造个hostname就可以了

具体校验函数实现如下：

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bool inline isHostValid() {
    emscripten::val location = emscripten::val::global(_c("location"));
    auto host = location[_c("hostname")].as<string>();
    return find(VHOST.begin(), VHOST.end(), host) != VHOST.end();
}

检验函数原理就是我们通过全局变量 location.hostname 获取到当前域名，跟合法域名列表 VHOST 进行比对，结果会返回true/false
在业务逻辑开始之前调用该函数判断一下，就知道域名是否合法了。

编译OpenSSL

OpenSSL是开源的加解密库，我们先编译成静态链接库，以方便使用。
交叉编译机器需要linux或者mac（配置方便一些），可以先下载并解压OpenSSL，使用3.x版本或者1.x版本均可。
配置编译选项：

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emconfigure ./Configure gcc

开始编译：

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make -j32

过一会儿生成文件libcrypto.a，以及include下的头文件就是我们需要的

Emscripten结合到CLion

在Clion中开发C、C++很舒服，但是默认没有支持Wasm。我们想要使用emcmake来进行源代码关联，并编译程序，其实也很简单。
需要修改一个设置：settings > Build, Execution, Deployment > CMake，创建一个新的配置

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-DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=<path_to_emsdk>/emscripten//cmake/Modules/Platform/Emscripten.cmake

这样就完美解决了代码的关联提示和编译问题，但局限是只能适用于CMake的编译。

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