WASI Deep Dive

WASI ไม่ได้แค่เปิดเผย system call — แต่ออกแบบใหม่ว่าโปรแกรมจะได้รับสิทธิ์เข้าถึงทรัพยากรระบบ แทนที่โมเดล POSIX ซึ่งโปรเซสสืบทอด ambient authority จาก user ID, WASI ใช้ capability-based security: module สามารถใช้ทรัพยากรได้เฉพาะเมื่อรันไทม์ส่ง capability มาให้อย่างชัดเจน

ความปลอดภัยแบบ capability-based

ในโปรเซส Unix ทั่วไป การเปิด /etc/passwd สำเร็จตราบใดที่ UID ของโปรเซสมีสิทธิ์อ่าน ไม่มี sandboxing ที่ขอบเขตแอปพลิเคชัน

ใน WASI module ไม่มี ambient access เลย รันไทม์ทำหน้าที่เป็นยาม:

เพื่ออ่านจาก filesystem host ต้องส่ง pre-opened directory file descriptor ผ่าน --dir
เพื่อเข้าถึง environment variable host ต้องอนุญาตผ่าน --env
โดยค่าเริ่มต้น module WASI มีสิทธิ์เข้าถึง filesystem ศูนย์, network ศูนย์ และ environment variable ศูนย์

ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถรัน binary .wasm ที่ไม่น่าเชื่อถือได้อย่างปลอดภัย สิ่งเลวร้ายที่สุดที่ module ที่ถูก compromise สามารถทำได้ถูกจำกัดเฉพาะสิ่งที่ได้รับมาเท่านั้น

WASI Preview 1 vs Preview 2

WASI ผ่านการแก้ไขหลักสองครั้ง:

	Preview 1 (0.1)	Preview 2 (0.2)
สถานะ	Stable, รองรับอย่างกว้างขวาง	Stable ตั้งแต่ต้นปี 2024
สไตล์ interface	C-like imports แบบ flat (`fd_write`, `path_open`)	Component Model WIT interface
Target triple	`wasm32-wasi` / `wasm32-wasip1`	`wasm32-wasip2`
Networking	ไม่อยู่ใน core (vendor extension)	`wasi:sockets` อยู่ใน core
Toolchain	Rust stable, WASI SDK	`cargo component`, `wasm-tools`

สำหรับงาน production ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน Preview 1 (wasm32-wasip1) คือค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัย Preview 2 คืออนาคต และ tooling กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว

การคอมไพล์ Rust ไป WASI

เพิ่ม target หนึ่งครั้ง แล้ว build ตามปกติ:

# ติดตั้ง WASI target
rustup target add wasm32-wasip1

# Build release binary
cargo build --target wasm32-wasip1 --release
# Output: target/wasm32-wasip1/release/my_app.wasm

main.rs ของ Rust ขั้นต่ำสำหรับ WASI:

fn main() {
    println!("Hello from WASI!");
    let args: Vec<String> = std::env::args().collect();
    println!("Args: {:?}", args);
}

println! map ไปยัง WASI fd_write import บน file descriptor 1 (stdout) std::env::args() ใช้ WASI args_get / args_sizes_get imports ทั้งคู่เป็นส่วนหนึ่งของ Preview 1

Entry point `_start`

เมื่อ wasmtime (หรือรันไทม์ WASI ใด ๆ) รัน binary .wasm จะมองหา exported function ชื่อ _start นี่คือเทียบเท่า WASI ของ main()

Rust compiler สร้าง _start อัตโนมัติเมื่อคอมไพล์ด้วย main function และ target wasm32-wasip1 คุณสามารถตรวจสอบด้วย wasm-objdump:

wasm-objdump -x target/wasm32-wasip1/release/my_app.wasm | grep export
# ...
# - func[N] <_start> -> "_start"

flowchart TD
  RT["wasmtime / wasmer\n(runtime)"]
  subgraph "Capability grants"
    D["--dir /data\n(pre-opened fd)"]
    E["--env KEY=VAL"]
    A["argv via --"]
  end
  RT -->|"pre-opens"| D
  RT -->|"injects"| E
  RT -->|"passes"| A
  D --> M["Wasm Module\n(_start)"]
  E --> M
  A --> M

Capability grants ไหลเข้า module เมื่อ startup

ข้อแลกเปลี่ยน

ตัวเลือก	Benefit	Cost
WASI capability-based security	ปลอดภัยกว่า POSIX ambient authority มาก — module ใช้ได้เฉพาะทรัพยากรที่ runtime ส่งมาให้อย่างชัดเจนเท่านั้น	ยังไม่ compatible กับ POSIX เต็มรูปแบบ native library จำนวนมากที่ assume ambient filesystem/network access จะ port เข้า WASI ไม่ราบรื่น
Server-side Wasm (WASI runtime) vs container	Cold-start ระดับ microsecond เหมาะกับงาน edge/serverless ที่ต้อง spin up บ่อย	Container ecosystem ยังมี tooling, orchestration และ library support ที่ mature และครบกว่ามาก

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

คาดหวังว่า filesystem หรือ network จะ “ใช้งานได้เลย” เหมือนโปรแกรม native ทั่วไป โดยไม่ grant capability ผ่าน --dir หรือ --env อย่างชัดเจน — module จะ fail แบบเงียบ ๆ หรือโยน permission error
คิดว่า WASI Preview 1 compatible กับ POSIX API เต็มรูปแบบ แล้วพยายาม port native library ที่ assume ambient access ตรง ๆ โดยไม่ปรับ
ไม่ track ว่า Preview 2 และ Component Model ยังเป็น standard ที่พัฒนาอยู่ — วางแผน production บน wasm32-wasip2 วันนี้อาจต้องรับมือกับ breaking change ของ interface ในอนาคต

💡 ตัวอย่างจากของจริง

Fastly Compute@Edge รัน untrusted customer code เป็น Wasm module พร้อม capability sandboxing แบบ WASI บนเครือข่าย edge ของตัวเอง ทำให้แต่ละ request ได้ sandbox ที่ปลอดภัยโดยไม่ต้องพึ่ง container isolation