统一可扩展固件接口（UEFI）作为现代设备的主导固件标准，其安全机制核心依赖于 UEFI 安全启动（Secure Boot）以确保加载可信模块。然而，随着 UEFI 相关 CVE 数量增长以及可绕过安全启动的攻击出现，其安全边界面临考验。在此背景下，探索在 UEFI 中引入 JavaScript 脚本能力，以提升固件配置、诊断或轻量级扩展的灵活性，成为一个有趣的技术方向。但将动态、高级的 JavaScript 语言引入底层、特权级的固件环境，必然面临应用二进制接口（ABI）设计的兼容性挑战与安全隔离的严峻需求。本文将聚焦于 UEFI JavaScript 绑定的 ABI 安全沙箱实现，分析现有实验方案，剖析核心挑战，并提出一套可落地的工程参数与监控要点。
现状：实验性绑定与缺失的标准
目前，UEFI 规范并未定义原生的 JavaScript 绑定或 ABI。固件层面的操作主要依靠 C 语言编写的协议（Protocols）和服务（Services）进行。不过，社区已出现若干实验性项目，试图将 JavaScript 引擎移植到 UEFI 环境，主要作为 EFI Shell 应用程序运行。
Duktape-UEFI 是一个代表性尝试。该项目将轻量级、可嵌入的 Duktape JavaScript 引擎（版本 2.5.0）移植到 UEFI，构建为一个依赖 edk2-libc 的 UEFI Shell 应用。根据项目介绍，其构建已成功，但实际运行时功能尚未得到完全确认。Duktape 本身设计紧凑，适合资源受限环境，这为在固件中嵌入脚本引擎提供了低开销的起点。
另一更早的探索是 EFI.js。它旨在构建一个基于 V8 JavaScript 引擎的 UEFI 运行时环境，并依赖 GNU EFI、musl C 标准库和 libc++。该项目目标在于高性能执行，但因此也带来了显著的构建与运行资源需求，包括需要大量 CPU 核心和内存。这些实验证明技术可行性，但距生产级应用仍有距离，尤其缺乏标准化的 ABI 与安全保障。
核心挑战一：ABI 设计与桥接
在 UEFI 中实现 JavaScript 绑定的首要技术难关是 ABI 设计。UEFI 固件遵循特定的 C 语言应用二进制接口：在 64 位 x86 平台上，它使用 Microsoft x64 调用约定，这与 Linux 等系统常用的 System V AMD64 ABI 在参数传递、寄存器使用和栈管理上存在差异。而主流 JavaScript 引擎（如 V8）及其依赖的底层库通常默认针对后者进行编译和链接。
因此，移植 JavaScript 引擎到 UEFI 本质上是一个 “桥接” 问题。需要建立一个 Foreign Function Interface (FFI) 层，将 JavaScript 函数调用映射到 UEFI 的协议与服务。这个过程涉及：
- 数据类型转换：JavaScript 的动态类型（对象、数字、字符串）需要与 UEFI C 接口的静态类型（EFI_STATUS, VOID*, UINTN 等）进行安全、无歧义的转换。
- 指针与内存管理：JavaScript 引擎管理自己的堆内存，而 UEFI 操作常涉及物理地址、设备内存和运行时服务提供的缓冲区。FFI 层必须谨慎处理指针的传递与生命周期，防止悬垂指针或内存泄漏。
- 调用约定适配：需要确保函数调用时参数按 Microsoft x64 规则放入正确寄存器或栈位置，并正确处理返回值。
目前并无正式的 JavaScript 专用 UEFI ABI 标准。实现者通常需要为希望暴露给 JavaScript 的每个 UEFI 协议接口编写自定义的 C 包装器。例如，若想允许 JavaScript 调用 GetTime() 运行时服务，包装器需负责将 EFI_TIME 结构转换为 JavaScript 对象。这种手工作业方式容易出错，且难以保证跨引擎和跨平台的一致性。
核心挑战二：安全沙箱的构建
即使 ABI 桥接成功，在 UEFI 中执行不受信任或来源复杂的 JavaScript 代码也带来巨大安全风险。UEFI 运行在系统最高特权级（Ring 0 或等效级别），能够直接访问硬件和系统关键数据结构。传统的 Web 浏览器或 Node.js 环境提供了相对成熟的内存隔离、能力限制（Capability）和沙箱机制，但这些在 UEFI 固件环境中完全缺失。
风险集中体现在：
- 直接硬件操纵：恶意脚本可能通过绑定接口直接读写 PCI 配置空间、内存映射 I/O 或系统管理模式（SMM）通信缓冲区，导致系统彻底失控。
- 敏感 API 滥用：UEFI 变量服务（用于存储启动项、密钥等）、启动服务（加载镜像）等若暴露不当，可被用于持久化驻留或破坏启动链。
- 资源耗尽：固件环境内存有限，脚本引擎的失控内存分配或无限循环可能导致启动过程卡死。
因此，为 UEFI JavaScript 绑定实现一个强制性的安全沙箱不是可选项，而是必需品。幸运的是，近年固件安全研究提供了新的思路。上海交通大学团队提出的 μEFI 框架，作为首个 UEFI 隔离框架，展示了可行的路径。μEFI 受微内核设计启发，将 UEFI 模块降权（deprivilege）到用户模式，并隔离到不同的地址空间（沙箱）中运行。为了实现现有模块的透明运行，它采用了 蹦床注入（trampoline injection） 和 协议分析 技术。评估表明，该系统能以仅 1.91% 的额外开销运行复杂的 UEFI 模块。这为容纳 JavaScript 运行时作为一个 “模块” 提供了基础的隔离容器。
工程化方案与落地参数
基于以上分析，一个面向 UEFI JavaScript 绑定的安全 ABI 沙箱实现，可以遵循以下多层次工程方案：
1. 分层架构设计
+-----------------------------+
| JavaScript 代码 |
+-----------------------------+
| JavaScript 引擎 (Duktape/V8) |
+-----------------------------+
| 安全沙箱层 (基于 μEFI) |
| - 地址空间隔离 |
| - 能力限制 (seccomp式) |
| - 系统调用过滤 |
+-----------------------------+
| ABI 桥接层 (FFI) |
| - 类型转换 |
| - 调用约定适配 |
| - 内存安全包装器 |
+-----------------------------+
| 原生 UEFI 服务 |
| (协议、运行时、启动服务) |
+-----------------------------+
2. ABI 安全包装器实现要点
- 最小权限暴露：仅暴露必要的 UEFI 服务子集。例如，只读的
GetVariable可暴露，而SetVariable需经过附加认证和审计。 - 输入验证与净化：所有从 JavaScript 传递到 C 接口的参数必须进行严格的类型、范围和边界检查。例如，对缓冲区指针和长度进行配对验证，防止溢出。
- 异步接口设计：考虑 UEFI 启动阶段的时间敏感性，将可能耗时的操作（如文件读取）设计为异步回调，避免阻塞启动流程。
3. 沙箱强化参数清单
以下参数可在构建时或运行时配置，以平衡安全性与灵活性：
- 内存上限：为 JavaScript 引擎堆分配硬性上限（如 8MB），超过则触发垃圾回收或脚本终止。
- CPU 时间片：设置脚本最大执行时间（如 100ms），防止无限循环。
- 允许的系统调用 / 协议列表：定义沙箱内脚本可调用的 UEFI 服务白名单。例如，仅允许
EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL进行输出，禁止EFI_RUNTIME_SERVICES的SetVariable。 - 网络与文件系统访问：默认禁止。如需，则通过特定的、经过严格审查的代理接口开放。
- 隔离粒度：可配置为每个脚本实例一个独立沙箱，或所有脚本共享一个沙箱。
4. 集成与监控
- 与 Secure Boot 协同：JavaScript 脚本文件本身可作为 UEFI 镜像的一部分，其哈希或签名需纳入安全启动的验证链条。
- 审计日志：所有跨沙箱的敏感操作（如变量写入、硬件访问尝试）应记录到易失性或持久化日志中，供事后分析。
- 健康检查：在启动阶段末期，沙箱管理器应检查脚本引擎状态，确认无内存泄漏或僵死线程。
结论
将 JavaScript 引入 UEFI 固件环境是一把双刃剑。它带来了脚本化的灵活性和强大的表达能力，但也显著扩大了攻击面。成功的关键在于严谨的 ABI 设计和坚固的安全沙箱实现。通过借鉴 μEFI 等前沿隔离技术，并实施最小权限、输入验证和资源限制等工程实践，可以构建一个既实用又相对安全的 UEFI JavaScript 执行环境。未来，随着 RISC-V 等开放架构对固件安全需求的提升，此类安全绑定的标准化工作或许将提上议程，为固件生态带来新的可能性。
资料来源
- Duktape-UEFI 项目介绍 (Firmware Security, 2020)
- μEFI: A Microkernel-Style UEFI with Isolation and Transparency (USENIX ATC '25)