前端沙箱机制

weixin79893765432...2025-12-05 10:20

目录

一、前端沙箱机制（Frontend Sandbox）概念（⭐️）

定义：前端沙箱是一种让"不可信代码"在浏览器中运行，但又不能影响宿主应用的隔离机制。

核心任务：在浏览器里运行 外部脚本、微应用、组件、用户自定义脚本 而不破坏 宿主环境。

二、为什么需要前端沙箱？

前端越来越像操作系统，经常需要：

  • 微前端加载多个团队独立发布的应用
  • 低代码平台中用户随时写 JS 代码
  • 浏览器插件（SDK、广告、分析脚本）插入大量第三方代码
  • Web IDE、在线沙盒需要执行用户代码
  • 提升安全性，避免脚本污染全局变量或操作 DOM

若无沙箱，可能出现以下问题：

  • 修改 window 全局变量
  • 修改 DOM 导致 UI 崩溃
  • 偷 token / cookie
  • XSS 注入
  • 影响主应用的性能或路由

三、前端沙箱的三大核心目标（⭐️）

所有方案本质都围绕：

  • 隔离（Isolation）：不影响主应用的变量、DOM、CSS、网络行为。
  • 限制（Restriction）：限制在沙箱内的代码可访问的 API。
  • 监控（Observation）：审计访问 window / DOM / 网络的行为。

1、隔离------避免互相污染

不影响主应用的变量、DOM、CSS、网络行为。

阻止子应用、插件或用户脚本：

  • 修改 window 全局变量
  • 修改 document / DOM
  • 修改宿主应用的样式
  • 覆盖宿主应用的函数

这是微前端、第三方脚本的核心需求。

2、限制------防止恶意脚本攻击

限制在沙箱内的代码可访问的 API。

沙箱可以限制脚本以营造安全的执行环境：

  • 不能访问敏感 API（如 cookie、本地存储）
  • 不能随意网络请求
  • 不能 DOM 注入
  • 不允许执行危险代码

例如：

  • 限制 eval
  • 禁止访问 window.document
  • 限制 fetch/XHR 的域名

重点在低代码平台、在线代码编辑器、用户输入代码的场景。

3、监控------限制能力范围

审计访问 window / DOM / 网络的行为。

让宿主（主应用）完全控制：

  • 子脚本能访问什么、不能访问什么
  • 子应用如何与主应用通信
  • 是否允许 DOM 操作
  • 是否允许网络请求
  • 是否允许写全局变量

这个在 插件系统（Plugin System） 中很常见。

四、前端常用的沙箱技术（按强度排序）（⭐️）

1、iframe 沙箱（最强）

浏览器原生提供，可以隔离：

  • JS 执行环境
  • DOM
  • CSS
  • 网络权限（使用 sandbox 属性可限制）

常见用法：

html 复制代码 
<iframe src="sub-app.html" sandbox="allow-scripts allow-same-origin"></iframe>

优点：

  • 隔离最强、绝对安全
  • 浏览器级隔离

缺点：

  • 性能差（新 document 新全局环境）
  • 与主应用通信麻烦
  • DOM / 样式隔离太"硬"

典型使用：在线 IDE、微前端、很多广告系统

2、基于 Proxy + with 的运行时 JS 沙箱（Qiankun、乾坤常用）

现代微前端极常用。

简化示例：

typescript 复制代码 
const sandbox = new Proxy({}, {
  get(_, key) {
    return window[key];
  },
  set(_, key, value) {
    // 写入到沙箱独立对象，而不影响真实 window
    sandbox[key] = value;
  }
});

with (sandbox) {
  eval(userScript);
}

隔离能力：

项 隔离
JS 全局变量 ✔ 强
DOM ❌ 无（仍能访问 document）
CSS ❌

适合微前端场景：每个子应用互不污染 window。

3、Realm / ShadowRealm API（未来标准，安全更强）

ShadowRealm 是 TC39 提案，提供：

  • 全新的 JS 运行上下文
  • 不能直接访问宿主 window
  • 只能通过 API 显式传递

示例：

typescript 复制代码 
const realm = new ShadowRealm();
realm.evaluate(`1 + 1`);

但目前兼容率还不够高。

4、构建期沙箱（静态沙箱）------------ AST 限制用户代码

对用户代码做编译处理：

  • 禁止访问 window
  • 禁止访问 document
  • 限制 import
  • 限制全局变量
  • 替换敏感 API

例如：

typescript 复制代码 
const code = transform(`
  window.localStorage.clear()
`);

转换后：

typescript 复制代码 
throw new Error("Forbidden API: window.localStorage");

在线低代码平台/云函数/代码编辑器常用

5、WASM（WebAssembly）沙箱

  • 将不可信代码编译为 WASM
  • WASM 运行在虚拟内存中
  • 无法访问 DOM、window、网络（必须显式绑定）

非常适合：

  • 插件执行
  • 后端逻辑在前端运行
  • 运行 Python/Rust 程序

五、微前端中的沙箱重点（重点难点）（⭐️）

在微前端体系（如 qiankun、wujie、single-spa）中，微前端沙箱核心问题：

  • JS 沙箱：不能污染 window
  • CSS 沙箱：不同子应用样式不互相覆盖
  • DOM 沙箱：DOM mount/unmount 需要自动恢复
  • Network 沙箱（难点）：
    • 拦截 fetch/XHR
    • 防止子应用修改全局设置（如 axios.defaults）

Qiankun 用什么？

  • JS 沙箱：Proxy + with
  • CSS 沙箱：基于 scoped 样式 + 自动加前缀
  • DOM 沙箱：虚拟 DOM 区域挂载
  • 网络沙箱：patch fetch / xhr

六、前端沙箱可能被突破吗？（难点）

任何非 iframe 的沙箱都有被突破的可能。

例如：

风险 示例
DOM Escape userScript 直接执行 document.body.remove()
原型链污染 userScript 修改 Array.prototype
访问 window 泄漏 提交函数指针、事件回调泄漏 window
CSS Escape :global { } 覆盖全局 CSS

所以：

Proxy + with 型的 JavaScript 沙箱 ≠ 安全沙箱，只能做隔离，不是安全机制。

七、如何构建一个"安全级"的前端沙箱？（含简版架构图）（⭐️）

必须组合以下方案：

  1. iframe 隔离运行环境（root 沙箱）
  2. 构建期 AST 限制访问（禁止危险 API）
  3. 运行时 Proxy 限制全局访问
  4. 网络访问限制
  5. CSS 隔离（shadowRoot）
  6. 配额限制（时间、内存）
  7. 输出白名单机制（event whitelist）

这才是"真正意义上的沙箱"。

最常用的前端沙箱架构图（简版）：

八、前端沙箱的典型应用（按使用频率排序）

1、微前端（Micro-Frontend）（⭐️）

各团队独立开发的应用在同一个主应用中加载。

例如：

  • 主应用 + Vue 微应用
  • 主应用 + React 子应用
  • 主应用 + Angular 子应用

沙箱解决的核心问题是：

  • 子应用不能修改宿主应用的 window
  • 子应用的全局变量不能污染其他子应用
  • 样式隔离（CSS 不互相覆盖）
  • DOM mount/unmount 可控

qiankun、wujie 都基于沙箱机制。

2、低代码平台（Low-code）执行用户脚本（⭐️）

用户可以在浏览器里写：

typescript 复制代码 
return form.age > 18;

这是高风险代码，必须沙箱隔离。

沙箱用途：

  • 禁止访问 window
  • 禁止操作 DOM
  • 限制请求域名
  • 只允许使用白名单 API

典型：富图表平台、低代码平台、流程编排系统。

3、在线代码运行（Code Runner / Playground）

例如：

  • 运行用户编写的 JS（JSBin、CodeSandbox）
  • 在线课程中运行 demo
  • 前端评测系统（如牛客网、力扣中的浏览器运行）

沙箱用途：

  • 为每个用户脚本创建独立上下文
  • 限制能力（不能访问 DOM、不能操作 cookie）
  • 捕获异常、输出结果

4、第三方脚本隔离（SDK / 广告 / 分析）

例如：

  • Google Analytics
  • Chat 插件
  • 广告脚本（广告联盟）
  • 第三方组件库（表单、播放器、图表）

不可信的第三方 JS 可能会：

  • 修改 window 原型
  • 覆盖 console
  • 修改样式
  • 注入 iframe
  • 泄漏 token

沙箱隔离能防御大部分风险。

5、插件系统（Plugin System）

例如：

  • VSCode 的 Web 版插件
  • Figma 插件
  • Notion 插件
  • 自研系统的插件生态

插件来自第三方，不可信，需要：

  • 定义能访问的 API
  • 限制 DOM、网络
  • 独立 JS runtime

一般用 iframe 或 ShadowRealm 沙箱。

6、业务系统中的"动态脚本功能"

用户可以在系统里写公式、脚本，例如：

  • 表单规则（校验规则用 JS 写）
  • 动态事件（button.onClick 使用 JS 回调）
  • 可配置工作流（workflow 里的脚本节点）
  • 动态主题 / 动态样式

必须使用沙箱执行，避免：

  • 用户脚本修改全局变量
  • DOM 破坏
  • XSS 攻击

7、WebAssembly（WASM）隔离执行第三方逻辑

例如：

  • 加载 Rust、Go、C# 编译成 WASM 的插件
  • 不可信的 CPU 密集运算
  • 视频编码器 / 压缩库

WASM 本身就带沙箱，但仍需围绕宿主增加控制。

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