Java应用程序的安全沙箱机制是什么
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如果你经常阅读源码，你会发现 Java 的源码中到处都有类似于下面这一段代码
class File {
// 判断一个磁盘文件是否存在
public boolean exists() {
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
security.checkRead(path);
}
...
}
}
这明显是一个安全检查代码，检查的是你是否有访问磁盘路径的权限，为什么 Java 语言需要这样的安全检查代码呢？我们再看看客户端套接字的 connect 函数源码，它需要检查用户是否有connect 某个网络地址的权限
class Socket {
public void connect(SocketAddress endpoint, int timeout) {
...
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
if (epoint.isUnresolved())
security.checkConnect(epoint.getHostName(), port);
else
security.checkConnect(addr.getHostAddress(), port);
}
}
...
}
}
再看服务端套接字的源码，它会检查端口的监听权限
class ServerSocket {
public void bind(SocketAddress endpoint, int backlog) {
...
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null)
security.checkListen(epoint.getPort());
...
}
}
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？
class System {
public static String getenv(String name) {
SecurityManager sm = getSecurityManager();
if (sm != null) {
sm.checkPermission(new RuntimePermission("getenv."+name));
}
return ProcessEnvironment.getenv(name);
}
}
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，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。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。
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，需要执行 jvm 参数才会打开
$ java -Djava.security.manager xxx
$ java -Djava.security.manager -DDjava.security.policy="${policypath}"
因为安全限制条件可以定制，所以还需要提供具体的安全策略文件路径，默认的策略文件路径是 JAVA_HOME/jre/lib/security/java.policy，下面让我们来看看这个文件里都写了些什么
// 内置扩展库授权规则
// 表示 JAVA_HOME/jre/lib/ext/ 目录下的类库可以全权访问任意资源
// 包含 javax.swing.*, javax.xml.*, javax.crypto.* 等等
grant codeBase "file:${{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。
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。
授权规则采用白名单，依据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";
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));
}
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，用户程序在特定的 API 方法里使用权限池来判断是否包含调用这个 API 的权限，最终会落实到调用权限池中每一个权限对象的 implies 方法来判断是否具备指定权限。
class CustomAPI {
public void someMethod() {
SecurityManager sec = System.getSecurityManager();
if(sec != null) {
sec.CheckPermission(new CustomPermission("xname", "xactions"));
}
...
}
}
启用安全检查，将会降低程序的执行效率，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。
沙箱的安全检查点非常多，下面列举一些常见的场景
文件操作
套接字操作
线程和线程组
类加载器控制
反射控制
线程堆栈信息获取
网络代理控制
Cookie 读写控制
如果你的服务端程序开启了安全检查，就需要在 policy 配置文件里打开很多安全设置，非常繁琐，而且配置多了，检查的性能也会产生一定损耗。这点有点类似 Android 的应用权限设置，在每个 Android 应用的配置文件里都需要罗列出一系列应用子权限。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。
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