在 Python 中根据不安全的用户输入评估数学方程

我有一个网站，用户在其中输入数学方程（表达式），然后根据网站提供的数据（常数）评估这些方程。需要的数学运算包括符号、算术运算、min(), max()以及其他一些基本功能。示例方程可以是：

max(a * b + 100, a / b - 200)

人们可以简单地eval()这是使用 Python 进行的，但众所周知，这会导致网站受到损害。进行数学方程评估的安全方法是什么？

如果选择使用Python本身来计算表达式，是否有任何Python沙箱会限制Python，以便只有用户提供的运算符和函数可用。成熟的 Python，比如定义函数，应该完全禁用。子进程没问题（参见PyPy沙箱 http://pypy.readthedocs.org/en/latest/sandbox.html）。特别是，应该关闭 for 循环和其他利用内存和 CPU 使用的漏洞。

免责声明：我是另一个答案中代码中提到的 Alexer。老实说，我只是半开玩笑地建议了字节码解析方法，因为我碰巧有 99% 的代码都在一个不相关的项目中，所以可以在几分钟内快速组合出一个 POC。也就是说，它本身不应该有任何问题；只是这项任务需要更复杂的机器。事实上，你should只需反汇编代码[根据白名单检查操作码]，检查常量和名称是否有效，然后用简单的、邪恶的 eval 执行它就可以逃脱惩罚。您应该失去在整个执行过程中插入偏执的额外检查的能力。 （另一个免责声明：我仍然觉得用 eval 来做这件事还不够舒服）

不管怎样，我有一个无聊的时刻，所以我写了一些代码来以聪明的方式做到这一点；使用 AST 而不是字节码。这只是一个额外的标志compile()。 （要不就ast.parse()，因为无论如何你都需要模块中的类型）

import ast
import operator

_operations = {
        ast.Add: operator.add,
        ast.Sub: operator.sub,
        ast.Mult: operator.mul,
        ast.Div: operator.div,
        ast.Pow: operator.pow,
}

def _safe_eval(node, variables, functions):
        if isinstance(node, ast.Num):
                return node.n
        elif isinstance(node, ast.Name):
                return variables[node.id] # KeyError -> Unsafe variable
        elif isinstance(node, ast.BinOp):
                op = _operations[node.op.__class__] # KeyError -> Unsafe operation
                left = _safe_eval(node.left, variables, functions)
                right = _safe_eval(node.right, variables, functions)
                if isinstance(node.op, ast.Pow):
                        assert right < 100
                return op(left, right)
        elif isinstance(node, ast.Call):
                assert not node.keywords and not node.starargs and not node.kwargs
                assert isinstance(node.func, ast.Name), 'Unsafe function derivation'
                func = functions[node.func.id] # KeyError -> Unsafe function
                args = [_safe_eval(arg, variables, functions) for arg in node.args]
                return func(*args)

        assert False, 'Unsafe operation'

def safe_eval(expr, variables={}, functions={}):
        node = ast.parse(expr, '<string>', 'eval').body
        return _safe_eval(node, variables, functions)

if __name__ == '__main__':
        import math

        print safe_eval('sin(a*pi/b)', dict(a=1, b=2, pi=math.pi), dict(sin=math.sin))

这与字节码版本同样适用；如果您根据白名单检查操作并检查名称和值是否有效，那么您应该能够在 AST 上调用 eval 。 （但是，我还是不会这样做。因为偏执。当涉及评估时，偏执是好的）