أمان منصة برمجيات جافا

لا يُمثل الشكل الثنائي للبرامج التي تعمل على منصة جافا شفرة الآلة الأصلية ، بل هو شفرة وسيطة (بايت كود ). تقوم آلة جافا الافتراضية (JVM) بالتحقق من هذه الشفرة الوسيطة قبل تشغيلها لمنع البرنامج من تنفيذ عمليات غير آمنة، مثل الانتقال إلى مواقع خاطئة قد تحتوي على بيانات بدلاً من التعليمات. كما يسمح ذلك لآلة جافا الافتراضية بفرض قيود وقت التشغيل، مثل التحقق من حدود المصفوفات . هذا يعني أن برامج جافا أقل عرضةً بشكل ملحوظ لمشاكل أمان الذاكرة ، مثل تجاوز سعة المخزن المؤقت، مقارنةً بالبرامج المكتوبة بلغات مثل C التي لا توفر ضمانات أمان الذاكرة هذه.

لا تسمح المنصة للبرامج بتنفيذ عمليات معينة قد تكون غير آمنة، مثل العمليات الحسابية على المؤشرات أو تحويلات الأنواع غير المُدققة . كما أنها تُدير تخصيص الذاكرة وتهيئتها، وتُوفر خاصية جمع البيانات المهملة تلقائيًا ، مما يُعفي المطور في كثير من الحالات (وليس كلها) من إدارة الذاكرة يدويًا . وهذا يُساهم في سلامة الأنواع وسلامة الذاكرة.

توفر المنصة مدير أمان يسمح للمستخدمين بتشغيل التعليمات البرمجية غير الموثوقة في بيئة معزولة مصممة لحمايتهم من البرامج الضارة أو سيئة التصميم، وذلك بمنع هذه التعليمات من الوصول إلى بعض ميزات المنصة وواجهات برمجة التطبيقات (APIs). على سبيل المثال، قد تُمنع هذه التعليمات من قراءة أو كتابة الملفات على نظام الملفات المحلي، أو تشغيل أوامر عشوائية بصلاحيات المستخدم الحالي، أو الوصول إلى شبكات الاتصال، أو الوصول إلى الحالة الخاصة الداخلية للكائنات باستخدام تقنية الانعكاس، أو التسبب في خروج آلة جافا الافتراضية (JVM).

كما يسمح مدير الأمان بتوقيع برامج جافا تشفيرياً ؛ ويمكن للمستخدمين اختيار السماح بتشغيل التعليمات البرمجية التي تحمل توقيعاً رقمياً صالحاً من جهة موثوقة بكامل الامتيازات في الظروف التي قد تكون فيها غير موثوقة.

يمكن للمستخدمين أيضاً تحديد سياسات دقيقة للتحكم في الوصول للبرامج من مصادر مختلفة. على سبيل المثال، قد يقرر المستخدم أن فئات النظام فقط هي التي يجب الوثوق بها بشكل كامل، وأن التعليمات البرمجية من كيانات موثوقة معينة قد يُسمح لها بقراءة ملفات محددة، وأن جميع التعليمات البرمجية الأخرى يجب عزلها تماماً.

توفر مكتبة فئات جافا عددًا من واجهات برمجة التطبيقات المتعلقة بالأمان، مثل خوارزميات التشفير القياسية والمصادقة وبروتوكولات الاتصال الآمنة.

sun.misc.Unsafeهي فئة أدوات داخلية في لغة برمجة جافا، وهي عبارة عن مجموعة من العمليات غير الآمنة منخفضة المستوى. ^{[ 1 ]} على الرغم من أنها ليست جزءًا من مكتبة فئات جافا الرسمية ، إلا أنها تُستدعى داخليًا بواسطة مكتبات جافا. وهي موجودة في وحدة جافا غير رسمية تُسمى jdk.unsupported. بدءًا من جافا 11، تم نقلها جزئيًا إلى jdk.internal.misc.Unsafe(التي توجد في الوحدة java.base). ^{[ 1 ]}

تتمثل ميزتها الأساسية في السماح بإدارة الذاكرة المباشرة (على غرار إدارة الذاكرة في لغة C ) ومعالجة عناوين الذاكرة، ومعالجة الكائنات والحقول، ومعالجة الخيوط، وأساسيات التزامن.

تعريفها هو: ، وهي فئة أحادية مع مُنشئ خاص. ^{[ 2 ]}publicfinalclassUnsafe;

يحتوي على الطرق التالية، والعديد منها مُعلن native(باستخدام واجهة جافا الأصلية ): ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• staticUnsafegetUnsafe()يسترجع هذا Unsafeالأمر النسخة. ويستخدمه sun.reflect.Reflectionللقيام بذلك.
• intgetInt(Objecto,longoffset): يجلب قيمة (حقل أو عنصر مصفوفة) في الكائن عند الإزاحة المحددة. (توجد طرق مماثلة getBoolean()أيضًا ) .getByte()getShort()getChar()getLong()getFloat()getDouble()
• voidputInt(Objecto,longoffset,intx): يخزن قيمة في كائن عند الإزاحة المحددة. (توجد طرق مماثلة أيضًا putBoolean()، و putByte()، putShort()و، putChar()و putLong()، putFloat()و، و).putDouble()
• ObjectgetObject(Objecto,longoffset): يجلب قيمة مرجعية من كائن عند الإزاحة المحددة.
• voidputObject(Objecto,longoffset,Objectx): يخزن قيمة مرجعية في كائن عند الإزاحة المحددة.
• intgetInt(longaddress): يجلب قيمة من العنوان المحدد. (توجد طرق مماثلة أيضًا getBoolean()، getByte()و، getShort()و getChar()، و getLong()، getFloat()و، و).getDouble()
• voidputInt(longaddress,intx): يخزن قيمة في العنوان المحدد. (توجد طرق مماثلة أيضًا putBoolean()، putByte()و، putShort()و putChar()، putLong()و، putFloat()و، و).putDouble()
• longgetAddress(longaddress): يجلب مؤشرًا أصليًا من عنوان معين.
• voidputAddress(longaddress,longx): يخزن مؤشرًا أصليًا في عنوان معين.
• longallocateMemory(longbytes): يقوم بتخصيص كتلة من الذاكرة الأصلية بالحجم المحدد (على غرار malloc() ).
• longreallocateMemory(longaddress,longbytes): يقوم بتغيير حجم كتلة من الذاكرة الأصلية إلى الحجم المحدد (على غرار realloc() ).
• voidsetMemory(Objecto,longoffset,longbytes,bytevalue)، : يقوم بتعيين جميع البايتات في كتلة من الذاكرة إلى قيمة ثابتة (على غرار memset() ).voidsetMemory(longaddress,longbytes,bytevalue)
• voidcopyMemory(ObjectsrcBase,longsrcOffset,ObjectdestBase,longdestOffset,longbytes)، : يقوم بتعيين جميع البايتات في كتلة معينة من الذاكرة إلى نسخة من كتلة أخرى (على غرار memcpy() ).voidcopyMemory(longsrcAddress,longdestAddress,longbytes)
• voidfreeMemory(longaddress): يقوم بتحرير كتلة من الذاكرة الأصلية التي تم الحصول عليها من allocateMemory()أو reallocateMemory()، على غرار free() ).
• longstaticFieldOffset(Fieldf): يحصل على موقع حقل معين في تخصيص التخزين لفئته.
• longobjectFieldOffset(Fieldf): يحصل على موقع حقل ثابت معين بالاقتران مع staticFieldBase().
• ObjectstaticFieldBase(Fieldf): يحصل على موقع حقل ثابت معين بالاقتران مع staticFieldOffset().
• voidensureClassInitialized(Class<?>c)يضمن هذا الخيار تهيئة الفئة المحددة.
• intarrayBaseOffset(Class<?>arrayClass): يحصل على إزاحة العنصر الأول في تخصيص مساحة التخزين لفئة مصفوفة معينة.
• intarrayIndexScale(Class<?>arrayClass): يحصل على عامل المقياس لمعالجة العناصر في تخصيص التخزين لفئة مصفوفة معينة.
• staticintaddressSize(): يحصل على حجم المؤشر الأصلي (بالبايت).
• intpageSize(): يحصل على حجم صفحة الذاكرة الأصلية (بالبايت).
• Class<?>defineClass(Stringname,byte[]b,intoff,intlen,ClassLoaderloader,ProtectionDomainprotectionDomain): إشارات إلى JVM لتعريف فئة بدون فحوصات أمنية.
• Class<?>defineAnonymousClass(Class<?>hostClass,byte[]data,Object[]cpPatches): تشير إلى JVM لتعريف فئة ولكن لا تجعلها معروفة لمحمل الفئة أو دليل النظام.
• ObjectallocateInstance(Class<?>cls)throwsInstantiationException: يقوم بتخصيص نسخة من فئة دون تشغيل مُنشئها.
• voidmonitorEnter(Objecto): يقوم بقفل كائن.
• voidmonitorExit(Objecto): يفتح عنصرًا.
• booleantryMonitorEnter(Objecto): يحاول قفل كائن، ويعيد ما إذا كان القفل قد نجح أم لا.
• voidthrowException(Throwableee): يطرح استثناءً دون إبلاغ المُدقِّق.
• finalbooleancompareAndSwapInt(Objecto,longoffset,intexpected,intx): يقوم بتحديث قيمة متغير xإذا كانت قيمته تساوي صفرًا expected، ويعيد ما إذا كانت العملية قد نجحت أم لا. (توجد أيضًا طرق مماثلة compareAndSwapLong()و ).compareAndSwapObject()
• intgetIntVolatile(Objecto,longoffset): نسخة متقلبة من getInt(). (توجد طرق مماثلة أيضًا getBooleanVolatile(), getByteVolatile(), getShortVolatile(), getCharVolatile(), getLongVolatile(), getFloatVolatile(), , getDoubleVolatile(), .)getObjectVolatile()
• voidputIntVolatile(Objecto,longoffset,intx): نسخة متقلبة من putInt(). (توجد طرق مماثلة أيضًا putBooleanVolatile(), putByteVolatile(), putShortVolatile(), putCharVolatile(), putLongVolatile(), putFloatVolatile(), , putDoubleVolatile(), .)putObjectVolatile()
• voidputOrderedInt(Objecto,longoffset,intx): نسخة putIntVolatile()لا تضمن رؤية فورية للتخزين من قبل الخيوط الأخرى. (توجد طرق مماثلة putOrderedLong()أيضًا putOrderedObject().)
• voidunpark(Objectthread): يفتح سلسلة العمليات.
• voidpark(booleanisAbsolute,longtime): يحجب الخيط الحالي.
• intgetLoadAverage(double[]loadavg,intnelems): يحصل على متوسط ​​الحمل في قائمة تشغيل النظام المخصصة للمعالجات المتاحة، محسوبًا على مدى فترات زمنية مختلفة.
• voidinvokeCleaner(ByteBufferdirectBuffer): يستدعي أداة تنظيف مخزن البايت المباشر المحدد.
• voidfullFence()يضمن عدم إعادة ترتيب الشحنات والمخازن الموجودة قبل السياج مع الشحنات والمخازن الموجودة بعد السياج.
• voidloadFence()يضمن عدم إعادة ترتيب الشحنات الموجودة قبل السياج مع الشحنات والمخازن الموجودة بعد السياج.
• voidstoreFence()يضمن عدم إعادة ترتيب الشحنات والمخازن الموجودة قبل السياج مع المخازن الموجودة بعد السياج.

package org.wikipedia.examples ;استيراد java.lang.reflect.Field ;استيراد sun.misc.Unsafe ;public class Example { public static void main ( String [] args ) throws Exception { // الحصول على نسخة من Unsafe باستخدام الانعكاس Field f = Unsafe . class . getDeclaredField ( "theUnsafe" ); f . setAccessible ( true ); Unsafe unsafe = ( Unsafe ) f . get ( null );// تخصيص كتلة من 8 بايتات memoryAddress = unsafe.allocateMemory ( 8L ) ;try { // أدخل قيمة طويلة في الذاكرة، واقرأ من تلك الكتلة unsafe.putLong ( memoryAddress , 123456789L ); long value = unsafe.getLong ( memoryAddress ) ; System.out.printf ( " القيمة من الذاكرة: %d%n" , value ) ; // الناتج : 123456789 } finally { // حرر الذاكرة المخصصة unsafe.freeMemory ( memoryAddress ) ; } } }

package org.wikipedia.examples ;استيراد java.lang.reflect.Field ;استيراد sun.misc.Unsafe ;public class NativeMemory implements AutoCloseable { private static final Unsafe unsafe ; private final long address ; private final long size ;static { try { Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField ( " theUnsafe " ) ; theUnsafe.setAccessible ( true ) ; unsafe = ( Unsafe ) theUnsafe.get ( null ); } catch ( Exception e ) { throw new RuntimeException ( " Unable to access Unsafe " , e ) ; } }public NativeMemory ( long size ) { this . size = size ; this . address = unsafe . allocateMemory ( size ); }public void putByte ( long offset , byte value ) { checkBounds ( offset , 1 ); unsafe . putByte ( address + offset , value ); }public byte getByte ( long offset ) { checkBounds ( offset , 1 ); return unsafe . getByte ( address + offset ); }private void checkBounds ( long offset , long bytes ) { if ( offset < 0 || offset + bytes > size ) { throw new IndexOutOfBoundsException ( String . format ( "Offset out of bounds: %d" , offset )); } }@Override public void close () { unsafe . freeMemory ( address ); } }

package org.wikipedia.examples ;public class Main { public static void main ( String [] args ) { try ( NativeMemory mem = new NativeMemory ( 1024 )) { mem . putByte ( 0 , ( byte ) 42 ); System . out . printf ( "Value: %s%n" , mem . getByte ( 0 )); } } }

استغلّ حصان طروادة لنظام التشغيل OS X، يُعرف باسم Flashback، ثغرةً أمنيةً في Java، لم تُصلحها Apple ، على الرغم من أن Oracle كانت قد أصدرت تحديثًا أمنيًا. ^{[ 7 ]} وفي أبريل، أصدرت Apple لاحقًا أداة إزالة لمستخدمي Lion الذين لا يملكون Java. ^{[ 8 ]} ومع إصدار Java 7 Update 4، بدأت Oracle في إصدار Java مباشرةً لنظام Lion وما بعده . ^{[ 9 ]}

في أكتوبر، أصدرت آبل تحديثًا أزال إضافة جافا من جميع المتصفحات . ^{[ 10 ]} واعتُبرت هذه الخطوة بمثابة محاولة من آبل لفصل نظام التشغيل ماك أو إس إكس عن جافا. ^{[ 11 ]}

في يناير، تم اكتشاف ثغرة أمنية خطيرة في جميع إصدارات جافا 7، بما في ذلك أحدث إصدار (تحديث جافا 7 رقم 10)، والتي تم استغلالها بالفعل. ^{[ 12 ]} وقد نتجت هذه الثغرة عن تحديث لإصلاح ثغرة سابقة. ^{[ 13 ]} واستجابةً لذلك، قامت آبل بحظر أحدث إصدار من إضافة جافا. ^{[ 14 ]} وأصدرت أوراكل تحديثًا (التحديث 11) في غضون ثلاثة أيام. ^{[ 15 ]} كما أصدرت مايكروسوفت تحديثًا لمتصفح إنترنت إكسبلورر، الإصدارات 6 و 7 و 8 . ^{[ 16 ]}

تم اكتشاف برمجية التجسس الإلكتروني " أكتوبر الأحمر" التي تستغل ثغرة أمنية في جافا تم إصلاحها في أكتوبر 2011. ^{[ 17 ]} كما تم اختراق موقع مراسلون بلا حدود الإلكتروني بسبب ثغرة أمنية في جافا في الإصدارات السابقة للتحديث 11. ^{[ 18 ]}

بعد إصدار التحديث 11، بدأت ثغرة أمنية أخرى بالانتشار على الإنترنت، ^{[ 19 ]} وقد تم تأكيدها لاحقًا. ^{[ 20 ]} كما تبين أن وضع الأمان في جافا نفسه كان عرضة للاختراق بسبب خلل برمجي. ^{[ 21 ]} واستجابةً لذلك، قامت موزيلا بتعطيل جافا (وكذلك أدوبي ريدر ومايكروسوفت سيلفرلايت ) في فايرفوكس افتراضيًا، ^{[ 22 ]} بينما أدرجت آبل أحدث إضافة لجافا في القائمة السوداء مجددًا. ^{[ 23 ]}

في فبراير، أعلنت تويتر عن إيقافها لهجوم إلكتروني. ونصحت تويتر مستخدميها بتعطيل جافا، دون توضيح السبب. ^{[ 24 ]} وفي وقت لاحق من الشهر نفسه، أعلنت فيسبوك عن تعرضها لهجوم إلكتروني استغل ثغرة أمنية غير معروفة في جافا. ^{[ 25 ]} كما أعلنت آبل عن تعرضها لهجوم مماثل. ^{[ 26 ]} وتبين أن اختراقًا لمنتدى مطوري آيفون استُخدم لمهاجمة تويتر وفيسبوك وآبل. ^{[ 27 ]} ولم يكن المنتدى نفسه على علم بالاختراق. ^{[ 28 ]} وبعد تويتر وفيسبوك وآبل، أعلنت مايكروسوفت عن تعرضها لاختراق مماثل أيضًا. ^{[ 29 ]}

اكتُشفت ثغرة أمنية أخرى سمحت بتجاوز بيئة الحماية الأمنية لجافا بشكل كامل في الإصدار الأصلي من جافا 7، بالإضافة إلى التحديثين 11 و15. ^{[ 30 ]} وفي مارس، تم اكتشاف حصان طروادة يُدعى McRat يستغل ثغرة أمنية غير معروفة في جافا. ^{[ 31 ]} ثم أصدرت أوراكل رقعة أمنية أخرى لمعالجة هذه الثغرة. ^{[ 32 ]}