WASM 安全模型与沙箱：内存隔离、能力授权与运行时加固

执行前必经两道关：
  1. 结构校验：类型检查、控制流图、内存访问边界（一次性）
  2. 编译执行：JIT/AOT 生成宿主机器码（含边界检查）

校验器保证「不通过校验的二进制无法执行」
→ 恶意模块在运行前就被拒之门外

原生代码（C/C++ 编译的 DLL/exe）：
  任意指针、任意跳转、系统调用全可见 → 需进程级隔离

WASM 模块：
  指针 = 线性内存偏移（宿主可检查）
  系统调用 = 仅通过宿主注入的导入函数
  → 模块自身「结构上」无法逃逸沙箱

每个模块拥有独立的线性内存：
  - 从 0 开始的连续字节数组（i32 偏移寻址）
  - 大小可增长（memory.grow），但受宿主配额限制
  - 模块之间内存完全隔离，不可互相访问

模块 A 的地址 0x100 与模块 B 的 0x100 是两片独立内存
→ 越界即错误（trap），不可能读到别人的内存

;; 读内存前，编译产物会自动插入边界检查
;; 访问越界 → 抛 trap，进程/请求终止
(module
  (memory 1)                 ;; 初始 64KiB
  (func (export "read") (param i32) (result i32)
    local.get 0
    i32.load offset=0        ;; 越界 → trap
  )
)

WASM 指令集不包含：
  - 任意跳转（只有结构化 if/loop/block/br）
  - 内联汇编 / syscall
  - 直接访问寄存器的操作
  - 对宿主机内存/句柄的隐式访问

所有「外界操作」只能通过 imports（导入函数）完成
→ 模块的权限边界 = 宿主显式注入的导入函数集合

;; 函数指针只能从 table（函数表）中按索引取
;; table 内容由模块自身声明，无法伪造宿主函数地址
(module
  (table 1 funcref)
  (func $target (result i32) i32.const 42)
  (elem (i32.const 0) $target)   ;; 登记到表中
  (func (export "call_indirect") (result i32)
    i32.const 0
    call_indirect (type (func (result i32)))
  )
)

校验器做的关键验证：
  1. 类型栈一致（每条指令的参数/结果类型匹配）
  2. 控制流可收敛（br 目标类型匹配）
  3. call_indirect 索引有界（运行时再次检查表界）
  4. 内存访问的类型/对齐正确

→ 「先验证、后执行」是安全第一原则

不是「模块申请权限」，而是「宿主授予句柄」：
  - 模块要读文件 → 宿主把一个「文件句柄」作为参数传入
  - 模块要访问网络 → 宿主把一个「已连接 socket 句柄」传入
  - 模块要写日志 → 宿主注入一个 log 函数

模块没有「打开任意文件 / 连接任意主机」的能力
只有宿主给它的句柄能用 → 最小权限天然成立

// Rust 侧以「预开放目录」启动 WASI 模块
use wasmtime::{Engine, Module, Store, wasi};

let wasi_ctx = wasi::WasiCtxBuilder::new()
    .inherit_stdio()
    .preopened_dir("/srv/data", "data")?   // 只授权 /srv/data
    .build()?;
// 模块内只能访问 "data" 虚拟路径，读不到 /etc、/home

WASI 权限配置清单：
  1. 只 preopen 需要的目录（虚拟路径映射）
  2. 不 inherit 环境变量（env）除非必要
  3. 不 inherit 网络句柄，按需建立连接
  4. 设置内存上限与实例数上限
  5. 时钟/随机数默认可用但可选注入

历史漏洞多发区：
  1. JIT 编译器的边界检查优化错误（越界访问）
  2. 线性内存 grow 与并发访问竞态
  3. 宿主导入函数的参数校验不全
  4. 函数表（table）索引越界

防御策略：
  升级运行时锁定 CVE、开启 hardening、模糊测试（wasm-smith）

# wasm-smith：生成随机 WASM 模块喂给校验器/运行时
cargo install wasm-smith
# 结合 wasmtime 的 fuzzing 目标持续测试
# CI 中跑 wasm-tools validate 拒绝非法模块
wasm-tools validate module.wasm || echo "非法模块，拒绝"

WASM 是二进制 → 比源码更难审查：
  1. 模块来源不明（CDN/第三方包）
  2. 依赖链投毒（间接依赖的 wasm 模块）
  3. 版本漂移（pinned 版本被篡改）

1. 校验和 / 签名：
   - 发布侧：对模块内容签名（Ed25519）
   - 消费侧：验证签名后再执行
2. 内容哈希锁定：锁定模块 sha256，拉取即校验
3. 构建可复现：从源码可复现同一字节（SBOM 对齐）
4. Registry 信任：用受信任的包注册表分发

# 拉取 + 校验 + 沙箱试跑
curl -fsSL https://cdn.example.com/module.wasm -o m.wasm
sha256sum -c checksums.txt                     # 内容校验
wasm-tools validate m.wasm                     # 结构校验
wasmtime --dir=sandbox/data::data m.wasm       # 最小权限试跑

use wasmtime::{Engine, Config, StoreLimits, StoreLimitsBuilder, WasmBacktraceDetails};

let mut config = Config::new();
config.wasm_backtrace_details(WasmBacktraceDetails::Enable);  // 详细 backtrace
config.wasm_memory_guard_size(2 << 20);                        // 内存守卫页
config.cache_config_load_default()?;                           // 持久化缓存

let mut limits = StoreLimitsBuilder::new()
    .memory_size(64 * 1024 * 1024)   // 内存上限 64MiB
    .instances(4)                    // 实例数上限
    .tables(4)                       // 表数量上限
    .memories(2)                     // 内存数量上限
    .build();

运行时安全成熟度：
  Wasmtime（Bytecode Alliance，Rust）—— 内存安全 + 快速 CVE 响应
  Wasmer   —— 多后端（可选用 V8/SysV 后端需谨慎）
  WasmEdge —— 边缘/物联网场景常用

加固基线：
  1. 追踪运行时安全公告，及时升级
  2. 限制 store 资源（内存/实例/表）
  3. 开启 backtrace 便于审计
  4. 生产环境禁用实验性特性（如未成熟 GC）

编译层安全：
  1. 开启 spectre 缓解（边界检查不会被推测执行绕过）
  2. 使用 AOT 时锁定编译时配置（防篡改缓存）
  3. 进程内多实例时，关闭可写执行页（W^X）

WASM 优势：同一进程跑 N 个租户实例，天然内存隔离
但「共享宿主」带来侧信道风险（时序、缓存、共享资源）

隔离层次：
  层1：Store/实例级隔离（默认）
  层2：每租户独立 WasiCtx（目录/网络句柄分离）
  层3：资源配额（CPU 时间/内存/syscall 频率）
  层4：真隔离场景 → 每租户一个进程/容器（WASM+容器叠加）

// 每租户独立资源配额
let mut builder = StoreLimitsBuilder::new();
builder.memory_size(tenant.mem_limit)          // 租户 A: 32MiB, B: 64MiB
       .instances(tenant.instances);
// 请求级超时：宿主侧 watchdog 终止慢实例

多租户侧信道缓解：
  1. 时间限制（宿主强制 deadline）
  2. 禁用/限制共享可变状态（如共享 clock）
  3. 随机化调度减少确定性时序
  4. 高安全要求：物理隔离（每租户独立进程）

选型建议：
  不可信大代码 + 强隔离   → 容器
  浏览器内第三方代码      → V8 isolate（页面沙箱）
  边缘函数/插件/合约/多租户 → WASM 沙箱（最轻且隔离强）
  高安全叠加              → 容器 内再跑 WASM（纵深防御）