这是一个非常专业且实用的主题,主要分为两个层面：
（图片来源网络，侵删）
- 从 C 语言的角度理解 Windows 沙箱：了解沙箱是什么，它的限制是什么，以及你的 C 代码如何在这些限制下运行或与之交互。
- 使用 C 语言创建和管理 Windows 沙箱：通过 Windows API 以编程方式来启动和控制沙箱进程。
第一部分：理解 Windows 沙箱及其对 C 程序的影响
Windows 沙箱（Windows Sandbox）是一个轻量级的虚拟化桌面环境，它是在你操作系统的主实例中运行的独立、临时的桌面环境，它的核心目标是安全地运行不受信任的应用程序。
对于 C 语言开发者来说，这意味着如果你在一个沙箱环境中编译和运行你的 C 程序，它会受到一系列严格的限制，你的代码中调用的许多标准库函数和系统 API 都会失败或行为异常。
沙箱的主要限制（对 C 程序的影响）
| 限制类别 | 对 C 程序的具体影响 | 相关 C/Win32 API 示例 |
|---|---|---|
| 持久性 | 所有更改都是临时的。 程序写入的任何文件（如 fopen, CreateFile），注册表项（RegOpenKeyEx, RegSetValue），或安装的软件在沙箱关闭后都会被丢弃。 |
fopen(), fwrite(), CreateFile(), RegCreateKeyEx(), RegSetValueEx() |
| 网络访问 | 出站连接默认允许，入站连接默认阻止。 你的程序可以发起网络请求（如 connect 到外部服务器），但不能直接作为服务器监听端口（listen）。 |
socket(), connect(), send(), recv(), listen() (可能失败) |
| 打印机访问 | 无法访问打印机。 所有打印作业都会被 silently dropped。 | OpenPrinter(), StartDocPrinter() |
| 剪贴板 | 仅限单向（主机 -> 沙箱）。 你可以从主机复制文本到沙箱，但无法从沙箱复制回主机。 | OpenClipboard(), GetClipboardData() (读取可能成功), SetClipboardData() (写入可能失败) |
| 摄像头/麦克风 | 无法访问。 CAPDSM 相关调用会失败。 |
ICaptureGraphBuilder2::SetFiltergraph() 等 DirectShow API |
| USB 访问 | 无法访问。 无法枚举或与 USB 设备通信。 | SetupDi API, CreateFile() (尝试打开 USB 设备会失败) |
| 主机文件系统 | 只读访问。 程序可以读取主机文件系统（如 C:\），但不能写入，所有写入操作都会被重定向到沙箱的临时文件系统中。 |
CreateFile() (写入模式会失败或重定向), fopen() (写入模式会失败或重定向) |
| 实时时钟 | 时钟与主机同步。 GetSystemTime() 和 GetLocalTime() 返回的是主机的实际时间。 |
GetSystemTime(), time() |
| 管理员权限 | 以标准用户权限运行。 即使主机是管理员，沙箱内的进程也是标准用户，任何需要提升权限的 API 都会失败。 | RunAs, ShellExecute() (尝试以管理员身份运行会失败) |
C 程序在沙箱中的行为示例
假设你编写了一个简单的 C 程序，尝试在当前目录下创建一个文件并写入内容：
// test_sandbox.c
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main() {
// 尝试创建并写入一个文件
FILE *fp = fopen("sandbox_test.txt", "w");
if (fp == NULL) {
printf("Error: Failed to open file for writing.\n");
// 在沙箱中，这里很可能会打印错误信息
// 因为对主机的写入是被禁止的
return 1;
}
fprintf(fp, "Hello from inside the Windows Sandbox!");
fclose(fp);
printf("File written successfully.\n");
// 这条消息会打印，但文件 "sandbox_test.txt" 不会出现在主机的 C:\ 目录下
// 它只存在于沙箱的临时文件系统中，关闭沙箱后即消失。
return 0;
}
在沙箱中运行此程序的结果：
（图片来源网络，侵删）
fopen("sandbox_test.txt", "w")会失败，返回NULL。- 程序会打印 "Error: Failed to open file for writing."。
- 即使代码成功执行了（如果你将文件写入到沙箱允许的临时目录），文件也只存在于沙箱内部，不会影响主机。
第二部分：使用 C 语言创建和管理 Windows 沙箱
这部分更进阶,涉及到使用 Windows API 来以编程方式启动一个沙箱进程，这通常用于安全研究、自动化测试或需要隔离性地运行某个可执行文件的场景。
Windows 沙箱是通过一个名为 Win32k Sandbox 的组件实现的，其核心是一个名为 CreateProcessInJobObject 的 API，我们需要创建一个“作业对象”（Job Object），并为其设置严格的限制，然后将进程放入这个作业中。
核心步骤：
- 创建一个 Job Object：使用
CreateJobObject。 - 配置 Job 的限制：这是最关键的一步，使用
SetInformationJobObject来设置各种限制，如内存限制、CPU 限制、文件系统访问限制等。 - 创建进程并关联到 Job：使用
CreateProcess创建目标进程，并确保它被创建在之前创建的 Job 中。 - 等待进程结束：使用
WaitForSingleObject来等待沙箱进程执行完毕。 - 清理资源：关闭 Job Object 和进程/线程句柄。
C 语言代码示例：创建一个受限的沙箱环境
下面的代码演示了如何创建一个作业对象,设置一些基本的限制（如禁止文件系统访问、禁止桌面访问），然后在一个新的 cmd.exe 进程中运行它。
（图片来源网络，侵删）
#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#include <stdio.h>
// 定义作业对象信息类
#define JOB_OBJECT_LIMIT_KILL_ON_JOB_CLOSE 0x2000
#define JOB_OBJECT_LIMIT_BREAKAWAY_OK 0x10000000
#define JOB_OBJECT_LIMIT_DIE_ON_UNHANDLED_EXCEPTION 0x4000
#define JOB_OBJECT_LIMIT_SILENT_BREAKAWAY_OK 0x100000
// 定义文件系统访问限制
#define JOB_OBJECT_BASIC_UI_LIMIT 0x0001
#define JOB_OBJECT_BASIC_LIMIT_VALID_FLAGS 0x0001
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) {
// 1. 创建一个 Job Object
HANDLE hJob = CreateJobObject(NULL, NULL);
if (hJob == NULL) {
_tprintf(_T("CreateJobObject failed. Error: %d\n"), GetLastError());
return 1;
}
// 2. 配置 Job 的限制
JOBOBJECT_EXTENDED_LIMIT_INFORMATION jobInfo = { 0 };
jobInfo.BasicLimitInformation.LimitFlags = JOB_OBJECT_LIMIT_KILL_ON_JOB_CLOSE |
JOB_OBJECT_LIMIT_BREAKAWAY_OK |
JOB_OBJECT_LIMIT_DIE_ON_UNHANDLED_EXCEPTION;
// 禁止访问所有桌面 (包括剪贴板)
jobInfo.BasicUIRestrictionClass = JOB_OBJECT_BASIC_UI_LIMIT;
// 禁止文件系统访问 (除了指定的目录)
// 注意：这是一个非常严格的设置，通常你会允许访问某些特定目录
// 这里为了演示，我们完全禁止
jobInfo.BasicLimitInformation.IoReadAccess = FALSE;
jobInfo.BasicLimitInformation.IoWriteAccess = FALSE;
jobInfo.BasicLimitInformation.IoAccess = FALSE;
if (!SetInformationJobObject(hJob, JobObjectExtendedLimitInformation, &jobInfo, sizeof(jobInfo))) {
_tprintf(_T("SetInformationJobObject failed. Error: %d\n"), GetLastError());
CloseHandle(hJob);
return 1;
}
// 3. 创建进程并关联到 Job
STARTUPINFO si = { 0 };
PROCESS_INFORMATION pi = { 0 };
si.cb = sizeof(si);
// 我们要启动的命令，例如一个 cmd.exe
LPWSTR commandLine = _T("cmd.exe /k echo Hello from the sandbox!");
// 创建进程，并指定 CREATE_SUSPENDED 以便在进程完全启动前将其加入 Job
if (!CreateProcess(NULL, commandLine, NULL, NULL, FALSE, CREATE_SUSPENDED, NULL, NULL, &si, &pi)) {
_tprintf(_T("CreateProcess failed. Error: %d\n"), GetLastError());
CloseHandle(hJob);
return 1;
}
// 将进程的主线程和进程句柄分配给 Job
if (!AssignProcessToJobObject(hJob, pi.hProcess)) {
// 如果失败，可能是因为进程已经启动或权限问题
_tprintf(_T("AssignProcessToJobObject failed. Error: %d\n"), GetLastError());
TerminateProcess(pi.hProcess, 1); // 强制终止
CloseHandle(pi.hThread);
CloseHandle(pi.hProcess);
CloseHandle(hJob);
return 1;
}
// 恢复线程执行
ResumeThread(pi.hThread);
_tprintf(_T("Sandbox process (PID: %d) created and running.\n"), pi.dwProcessId);
// 4. 等待进程结束
WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
_tprintf(_T("Sandbox process has exited.\n"));
// 5. 清理资源
CloseHandle(pi.hThread);
CloseHandle(pi.hProcess);
CloseHandle(hJob);
return 0;
}
如何编译和运行：
-
将代码保存为
create_sandbox.c。 -
使用 Visual Studio 的开发者命令提示符或 MinGW 进行编译：
# 使用 MinGW gcc create_sandbox.c -o create_sandbox.exe # 使用 Visual Studio cl.exe cl create_sandbox.c
-
运行
create_sandbox.exe，它会启动一个新的cmd.exe窗口，你可以尝试在这个窗口里执行命令，dir或echo test > test.txt，你会发现很多操作都被限制了。
- 对于在沙箱内运行的 C 程序：开发者需要意识到其环境是受限的，文件写入、注册表修改、设备访问等操作都会失败或被重定向，这非常适合测试程序的健壮性或运行不安全的代码。
- 对于创建沙箱的 C 程序：这是一个高级系统编程任务，通过 Windows 的 Job Objects API 来实现，它提供了极大的灵活性，可以精确控制被隔离进程的每一个方面，是构建安全、自动化测试框架的强大工具。
理解这两个方面,你就能全面地掌握 C 语言与 Windows 沙箱的交互。
