如何在纯Python中实现沙箱环境？

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数据工程师

提问于 2025-04-16 00:08

我正在用纯Python开发一个网页游戏，想要一些简单的脚本功能，这样可以让游戏内容更加动态。特权用户可以实时添加游戏内容。

如果脚本语言能用Python就好了。不过，直接在游戏运行的环境中执行Python是不行的，因为恶意用户可能会造成很大的破坏，这样就不好了。那么，有没有办法在纯Python中运行一个受限制的Python环境呢？

更新：其实，真正的Python支持可能太复杂了，使用一种语法类似Python的简单脚本语言就非常合适。

如果没有类似Python的脚本解释器，那有没有其他用纯Python写的开源脚本解释器可以用呢？我需要的功能包括支持变量、基本的条件判断和函数调用（不是定义）。

函数调用条件判断脚本语言动态内容网页游戏沙箱环境受限制环境开源解释器

7 个回答

据我所知，可以在一个完全隔离的环境中运行代码：

exec somePythonCode in {'__builtins__': {}}, {}

但是在这样的环境里，你几乎什么都做不了 :)（连import模块都不行；不过，恶意用户还是可以让程序无限循环或者耗尽内存。）所以你可能想要添加一些模块，这些模块可以作为你游戏引擎的接口。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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大约在原问题提出十年后，Python 3.8.0引入了审计功能。这能帮上忙吗？为了简单起见，我们先只讨论硬盘写入的问题，看看情况如何：

from sys import addaudithook
def block_mischief(event,arg):
    if 'WRITE_LOCK' in globals() and ((event=='open' and arg[1]!='r') 
            or event.split('.')[0] in ['subprocess', 'os', 'shutil', 'winreg']): raise IOError('file write forbidden')

addaudithook(block_mischief)

到目前为止，exec可以很轻松地写入磁盘：

exec("open('/tmp/FILE','w').write('pwned by l33t h4xx0rz')", dict(locals()))

不过，我们可以随时禁止这种操作，这样就没有恶意用户能通过传给exec()的代码来访问磁盘。像numpy或pickle这样的Python模块最终也会使用Python的文件访问功能，所以它们也被禁止写入磁盘。外部程序调用也被明确禁用了。

WRITE_LOCK = True
exec("open('/tmp/FILE','w').write('pwned by l33t h4xx0rz')", dict(locals()))
exec("open('/tmp/FILE','a').write('pwned by l33t h4xx0rz')", dict(locals()))
exec("numpy.savetxt('/tmp/FILE', numpy.eye(3))", dict(locals()))
exec("import subprocess; subprocess.call('echo PWNED >> /tmp/FILE', shell=True)",     dict(locals()))

试图在exec()内部解除这个限制似乎是徒劳的，因为审计钩子使用的是一个不同的locals副本，而这个副本对exec运行的代码是不可访问的。请纠正我如果我错了。

exec("print('muhehehe'); del WRITE_LOCK; open('/tmp/FILE','w')", dict(locals()))

...
OSError: file write forbidden

当然，顶层代码可以再次启用文件输入输出。

del WRITE_LOCK
exec("open('/tmp/FILE','w')", dict(locals()))

在Cpython中进行沙箱限制非常困难，之前的许多尝试都失败了。这种方法在公共网络访问方面也并不完全安全：

可能存在一些假设的编译模块，它们使用直接的操作系统调用，Cpython无法审计 - 因此建议只允许安全的纯Python模块。
绝对还有可能导致Cpython解释器崩溃或过载。
也许仍然存在一些漏洞，可以写入硬盘上的文件。但我无法使用任何常见的沙箱逃避技巧写入一个字节。我们可以说，Python生态系统的“攻击面”缩小到了一个相对狭窄的事件列表，需要被（不）允许：https://docs.python.org/3/library/audit_events.html

如果有人能指出这种方法的缺陷，我将不胜感激。

编辑：所以这也不安全！我非常感谢@Emu，他用异常捕获和反射的聪明技巧：

#!/usr/bin/python3.8
from sys import addaudithook
def block_mischief(event,arg):
    if 'WRITE_LOCK' in globals() and ((event=='open' and arg[1]!='r') or event.split('.')[0] in ['subprocess', 'os', 'shutil', 'winreg']):
        raise IOError('file write forbidden')

addaudithook(block_mischief)
WRITE_LOCK = True
exec("""
import sys
def r(a, b):
    try:
        raise Exception()
    except:
        del sys.exc_info()[2].tb_frame.f_back.f_globals['WRITE_LOCK']
import sys
w = type('evil',(object,),{'__ne__':r})()
sys.audit('open', None, w)
open('/tmp/FILE','w').write('pwned by l33t h4xx0rz')""", dict(locals()))

我想审计+子进程是个不错的方向，但不要在生产机器上使用：

https://bitbucket.org/fdominec/experimental_sandbox_in_cpython38/src/master/sandbox_experiment.py

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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这事儿其实挺复杂的。

有两种方法可以让Python运行在一个受限制的环境里。第一种是创建一个限制环境（也就是说，里面的全局变量很少等），然后在这个环境里用exec来执行你的代码。这就是Messa所建议的。这种方法不错，但有很多方法可以突破这个限制，造成麻烦。大约一年前，Python开发者社区里有个讨论，大家分享了从捕获异常到操作内部状态，再到字节码处理的各种方法，都是为了突破这个限制。如果你想要一个完整的编程语言，这种方法是不错的选择。

第二种方法是先解析代码，然后使用ast模块去掉你不想要的部分（比如导入语句、函数调用等），然后编译剩下的部分。如果你想把Python当作配置语言使用，这种方法更合适。

还有一种方法（可能不适合你，因为你在用GAE），就是PyPy沙箱。虽然我自己没用过，但网上说这是唯一一个真正的沙箱Python。

根据你描述的需求（支持变量、基本条件判断和函数调用（而不是定义）），你可能想考虑第二种方法，把其他不需要的部分从代码中去掉。这有点棘手，但还是可以做到的。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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