Discover ErosZy/SecurityWorker Open Source project

SecurityWorker文档（V1.0.1）

⚠️ SecurityWorker核心已开源

⚠️ SecurityWorker不再维护，你可以选择更好的代替方案 sablejs。

SecurityWorker提供完全隐匿且兼容ECMAScript 5.1的类WebWorker的安全可信环境，帮助保护你的核心Javascript代码不被破解。 SecurityWorker不同于普通的Javascript代码混淆，我们使用 独立Javascript VM + 二进制混淆opcode核心执行 的方式防止您的代码被开发者工具调试、代码反向。

0. 特性

完整的ECMAScript 5.1标准兼容性
极小的SecruityWorker VM文件体积（~160kb）
保密性极强，执行逻辑及核心算法完全隐匿不可逆
可选择支持多种环境，Browser/NodeJS/小程序（默认不允许NodeJS黑盒运行）
良好的浏览器兼容性，主流浏览器全覆盖
易于使用，API兼容WebWorker（不允许访问DOM/BOM）
易于调试，被保护代码不做混淆，报错信息准确

1. 兼容性

IE11
Chrome 24+
Safari 6.2+
Firefox 16+
Edge 15+
Android 4.4.2+
iOS Safari 8+
iOS WebView 9+

2. 快速开始

我们以一个Ping-Pong的示例程序讲解SecurityWorker的基本使用，首先我们创建sw.js用于实现SecurityWorker VM的内部业务逻辑:

// sw.js
onmessage = function(data) {
  if(data === 'ping'){
    console.log('SecurityWorker recv: ' + data);
    postMessage('pong');
  }
};

接着我们在使用bin文件对sw.js进行编译得到保护文件loader.js：

> npm run compile ${youfile}

然后我们创建index.html加载loader.js并完成调用逻辑:

<html>
<head>
    <!--编译sw.js得到保护文件loader.js-->
    <script src="loader.js"></script>
</head>
<body>
    <!--.....-->
    <script>
        // 等待SecurityWorker初始化完成
        SecurityWorker.ready(function() {
          var sw = new SecurityWorker();
          
          // SecurityWorker正常创建，可被使用
          sw.oncreate = function() {
            console.log('ready');
            sw.postMessage('ping');
          };
          
          // 获取SecurityWorker传递的数据
          sw.onmessage = function(data) {
            console.log('MainThread recv: ' + data);
            sw.terminate();
          };
          
          // SecurityWorker销毁事件
          sw.onterminate = function() {
            console.log('terminate');
          };
        });
    </script>
</body>
</html>

最后我们访问index.html即可看到控制台完整打印出如下结果:

> ready
> [LOG] SecurityWorker recv: ping
> MainThread recv: pong
> terminate

恭喜你已经完全掌握SecurityWorker的使用了，进一步查看SecurityWorker和SecurityWorker VM提供的API帮助你更好的运用SecurityWorker。

3. SecurityWorker API

SecurityWorker.runMode

设定SecurityWorker VM执行的环境，有3个选择:

SecurityWorker.AUTO_MODE: 自动选择运行于WebWorker还是浏览器主线程中，推荐的默认值
SecurityWorker.WORKER_THREAD_MODE: 强制运行于WebWorker环境中，由于某些浏览器的WebWorker环境有一些兼容性问题，因此对于需要兼容性的应用不推荐此选项
SecurityWorker.MAIN_THREAD_MODE: 强制运行于浏览器主线程中，兼容性很好，但是对于较老的设备可能会导致页面较长时间无响应

SecurityWorker(void)

SecurityWorker构造函数，用于创建一个SecurityWorker实例。但请注意，实例的创建需要在SecurityWorker.ready调用后进行创建，否则将有几率导致SecurityWorker VM内存分配失败。

SecurityWorker.ready(function(){
  var sw = new SecurityWorker();
  // ......
});

SecurityWorker.ready(Function)

SecurityWorker已经初始化完毕，可以安全的进行SecurityWorker实例的创建。

SecurityWorker.ready(function(){
  // ......
});

SecurityWorker.prototype.postMessage(String|Object)

发送消息给SecurityWorker VM对象。

var sw = new SecurityWorker();
sw.oncreate = function() {
  sw.postMessage("Hello World!");
  sw.postMessage({
    now: Date.now()
  })
}

SecurityWorker.prototype.terminate(void)

销毁SecurityWorker实例和SecurityWorker VM对象，此后将无法进行消息发送。

var sw = new SecurityWorker();
sw.oncreate = function() {
  sw.terminate();
  sw.postMessage(); // error, can't postMessage after terminate
}

SecurityWorkerInstance.oncreate

SecurityWorker实例创建成功的回调，此后可以安全的与SecurityWorker VM进行数据通信。

var sw = new SecurityWorker();
sw.oncreate = function() {
  console.log('ready')
}

SecurityWorkerInstance.onmessage

接收到SecurityWorker VM传递的相关数据的回调。

var sw = new SecurityWorker();
sw.onmessage = function(data) {
  if(typeof data == 'string') {
    console.log(data);
  }else if(typeof data == 'object') {
    console.log(JSON.stringify(data));
  }
}

SecurityWorkerInstance.onterminate

SecurityWorker实例及SecurityWorker VM已经成功销毁的回调，此后将不能再进行postMessage的调用。

var sw = new SecurityWorker();
sw.onterminate = function() {
  sw.postMessage(); // error, can't postMessage after terminate
}

4. SecurityWorker VM API

以下所有API只能在SecurityWorker VM中使用，外部环境的SecurityWorker实例及原型并未提供此类API。

onmessage

获取SecurityWorker实例发送的相关数据

onmessage = function(data) {
  if(typeof data == 'string') {
    console.log(data);
  }else if(typeof data == 'object') {
    console.log(JSON.stringify(data);
  }
}

// or use self

self.onmessage = function() {
  // something to do...
}

postMessage(String|Object)

发送数据给SecurityWorker实例。

postMessage('Hello World!');
postMessage({
  now: Date.now()
});

btoa(String)

对字符串进行Base64编码。

var b64 = btoa('Hello World!');
console.log(b64); // SGVsbG8gV29ybGQh

atob(String)

对用Base64编码过的字符串进行解码。

var str = atob('SGVsbG8gV29ybGQh');
console.log(str); // 'Hello World!'

setTimeout(Function, Number)

延迟执行函数

setTimeout(function(){
  console.log('Hello World!');
}, 1000);

setInterval(Function, Number)

循环执行函数(注意：setInterval内部实现采用setTimeout)

setInterval(function(){
  console.log('Hello World!');
}, 1000);

Console相关函数

SecurityWorker VM支持如下的Console函数：

console.log
console.info
console.debug
console.error
console.time
console.timeEnd

request(Object)

发送Ajax请求，其接收一个对象所含参数为:

String uri: 请求地址
String method: 请求方法，可使用GET/POST/DELETE/HEAD/PUT，默认GET
String body: POST/DELETE/PUT的请求参数，可选
Object headers: 附加的HTTP Header信息，可选
Function success: 请求成功的回调，可选
Function error: 请求失败的回调，可选

// GET请求
request({
  uri: 'http://www.baidu.com',
  method: 'GET',
  headers: {
    'X-AUTH': 'THIS IS YOUR AUTH KEY'
  },
  success: function(data){
    console.log("status: " + data.status);
    console.log("statusText: " + data.statusText);
    console.log("text: " + data.text);
  },
  error: function(err){
    console.log(err);
  }
});

// POST请求
request({
  uri: 'http://www.baidu.com',
  method: 'POST',
  body: JSON.stringify({id: 1}),
  success: function(data){
    console.log("status: " + data.status);
    console.log("statusText: " + data.statusText);
    console.log("text: " + data.text);
  },
  error: function(err){
    console.log(err);
  }
});

WebSocket

WebSocket(String url [, String protocols])

WebSocket构造函数。

var ws = new WebSocket('wss://www.baidu.com');

WebSocket.prototype.send(String|TypeArray)

向服务器发送字符串或二进制数据。

var ws = new WebSocket('wss://www.baidu.com');
ws.addEventListener('open', function(){
  ws.send('Hello World!');
  ws.send(new Uint8Array([1,2,3]));
});

WebSocket.prototype.close(void)

关闭WebSocket连接。

var ws = new WebSocket('wss://www.baidu.com');
ws.close();

WebSocketInstance.addEventListener(String eventName, Function handler)

支持4种标准事件:

open: 连接打开
message: 获得服务器发送的数据
error: 发生相关错误
close: 连接关闭

var ws = new WebSocket('wss://www.baidu.com');
ws.addEventListener('open', function(){
  ws.send('ready');
});

ws.addEventListener('message', function(message){
  if(message === 'close'){
    ws.close();
  }
});

ws.addEventListener('error', function(error){
  console.log(error);
});

ws.addEventListener('close', function(){
  // 不需要进行removeEventListener操作，
  // 当调用close事件后自动解绑所有事件回调
  console.log('ws client open')
});

WebSocketInstance.removeEventListener(String eventName, Function handler)

支持4种标准事件:

open: 连接打开
message: 获得服务器发送的数据
error: 发生相关错误
close: 连接关闭

var ws = new WebSocket('wss://www.baidu.com');
ws.addEventListener('open', function(){
  ws.send('ready');
});

function onmessage(message){
  console.log(message);
}

ws.addEventListener('message', onmessage);

setTimeout(function(){
  ws.removeEventListener('message', onmessage);
}, 1000);

5. 有一定安全风险的API

$(String|Function) -> String

$函数是SecurityWorker VM内部的类预处理函数，其可以方便的在外部环境执行代码。它不同于提供的postMessage和onmessage方法，它是同步的，在编译阶段你的代码会被编译成属性访问，例如：

// sw.js
var location = $('window.location.href');

// 编译后实际代码为
var location = $[0];

此预处理函数的出现主要是针对使用postMessage容易暴露行为的场景。假设我们的SecurityWorker VM的代码需要首先判断当前的Domain后再决定是否进行数据请求，当我们不使用$时，我们的代码如下：

// sw.js
onmessage = function(data){
  if(data.indexOf('your domain') > -1){
    request({
      uri: 'your url', 
      success: function(data){
        postMessage(data.text);
    }});
  }  
}

// your index.html
SecurityWorker.ready(function(){
  var sw = new SecurityWorker();
  sw.oncreate = function(){
    sw.postMessage(location.href);
  }
  sw.onmessage = function(data){
    console.log(data);
  }
});

这里我们可以看到，攻击者很容易发现我们index.html中有传递location.href值的逻辑。但当我们使用$预处理函数后，我们最终的代码会依靠VM转换为opcode经过LLVM处理并进行高强度混淆后嵌入到编译后的代码之中，增强了隐匿性（但需要注意的是，由于$的整个逻辑涉及到从不隐匿环境（Browser）到隐匿环境（SecurityWorker VM）的数据传递，代码仍然在最终编译后的文件中出现，无法做到完全保密，因此可能带来不安全的风险，请斟酌使用）。

onmessage = function(data){
  var location = $(function(){
    // 以下代码在宿主环境中运行
    // SecurityWorker会在编译期进行混淆并嵌入到生成代码中
    // 尽管只是代码的混淆，但是我们再隐藏下真正的数据序列
    var l = location.href;
    return l.split('').map(function(v){
      return v.charCodeAt(0) << 4 + 128;
    }).join(',');
  });

  // 下面的代码已经被编译为SecurityWorker VM的opcode，执行在安全环境
  location = location.split(',').map(function(v){
    return String.fromCharCode((v - 128) >> 4);
  });

  if(location.indexOf('your domain') > -1){
    request({
      uri: 'your url',
      success: function(data){
        postMessage(data.text);
      }
    });
  }
}

SecurityWorker.ready(function(){
  var sw = new SecurityWorker();
  sw.oncreate = function(){
    sw.postMessage('What Ever You Want');
  }
  sw.onmessage = function(data){
    console.log(data);
  }
});

6. 性能优化建议

SecurityWorker VM与V8等强调性能的Javascript引擎不同，SecurityWorker VM主要目标是更小的emscripten生成体积以及更少的内存使用。对于SecurityWorker VM来说，我们并没有集成类似V8一样的JIT机制，而是使用通过离线翻译你的Javascript代码为SecurityWorker VM指令，然后在运行时解释执行的方式，因此在性能上会有一定的损失。
相较于最新版本的V8 JIT优化后的代码，纯CPU计算性能相差7-8倍（执行10000次），I/O任务由于使用了原生环境的功能，性能大体持平。在实际应用中，我们使用SecurityWorker VM的WebSocket每20ms接收10k加密字符串并进行纯Javascript的AES256的解密操作这一任务与原生环境测试结果相比并不大（ Mac Pro 2017, Intel Core i5 2.3GHz 平均占用：2.3% vs 1.8% ）。

尽可能减少指令

由于SecurityWorker VM并没有JIT，因此你所熟悉的一些优化手段可能会在SecurityWorker VM中失效。不要寄希望于SecurityWorker会优化你的代码，他目前并不智能（逃），任何多余的Javascript代码操作都会增加运行时的开销，例如：

var i = 1000, x = 0;
while( i-- ) x++;

相比于

var x = 0;
for( var j = 0; j < 1000; j++ ) x++;

在SecurityWorker VM中将会快15%，因为for循环中我们额外的引入了比较操作（j < 1000）。但对于此并不需要感到紧张，我们的建议是仍然按照你的方式编写代码，在需要深度优化的时候再进行考虑，因为在SecurityWorker VM中我们持续运行CPU密集型任务的场景并不多，大部分是等待I/O，这很难成为你代码的性能瓶颈。

浮点数有很高的代价

Javascript的Number类型包含了Int和Float，同时根据ECMA-262标准的要求，我们需要通过一个浮点数指针来实现64-bit IEEE Math操作。但是对于SecurityWorker VM内部，我们考虑到内存占用的问题对Int和Float实际上进行了更细的区分，因此在大部分测试下Int的相关操作相比于Float会更快，占用内存会更少。

var a = 1; // 4 bytes
var a = 0.7; // 12 bytes

尽可能使用TypedArray

当你数组中的类型明确为Number时，我们强烈建议你使用TypedArray来解决你的问题。对于TypedArray来说，我们可以明确类型同时省去类型包装的花销，并且不需要自动的进行数组的resize操作，因此相比与普通数组来说会更快更省内存。

var b = new Array( 2048 ); // 4KB for the array with values
for( var i = 0; i++; i < 2048 ) b[ i ] = i + 0.6; // + 8KB with floats

// Just 4KB allocated
var a = new Float32Array( 2048 );

当出现无法解决的性能问题

反复测试并联系我们，帮助我们让SecurityWorker变得更好（笑）。

7. Roadmap

增加SecurityWorker的onerror回调，返回SecurityWorker VM内部的未被捕获的错误
提供小程序的环境支持
提供小游戏的环境支持
提供NodeJS的环境支持
进一步优化生成的opcode大小

ErosZy/SecurityWorker

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