Babel API

Nothing someone says before the word “but” really counts.

0x01 Babel Intro

上一节使用Python实现了一个简易的解析器，了解了源代码到AST的转换过程。但若从头开始实现一个编译器是十分复杂的。

Babel 是一个工具链，主要用于在当前和旧的浏览器或环境中，将 ECMAScript 2015+ 代码转换为 JavaScript 向后兼容版本的代码。它能做下面的事情：

  • 转换语法

  • 源代码转换

  • polyfill目标环境缺少的功能

Babel编译过程主要有以下三个阶段

  • 解析(Parse)：将输入字符流解析为AST抽象语法树

  • 转化(Transform)：对抽象语法树进一步转化

    接收AST并对其进行遍历，在此过程中对节点进行添加、更新、移除等操作，后续的混淆JS代码以及混淆过的JS代码进行还原都在此处。

  • 生成(Generate)：根据转化后的语法树生成目标代码

之所以把源码转化为抽象语法树，是因为树状结构更加容易进行原子操作，可以对任意的节点进行精细化处理。抽象语法树中，代码间的关系被抽象为节点间的关系，实现相同功能的节点之间的表示也相同。因此我们不需要关心具体的代码，只要指定几条规则就行

源代码：

let obj = {
    name: 'test',
    add: function(a, b) {
        return a + b + 10;
    },
    mul: function(a, b) {
        return a + b * 2;
    }
}

使用Babel生成AST并进行转换

const fs = require('fs')
const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const t = require('@babel/types')
const generator = require('@babel/generator').default
const jscode = fs.readFileSync('./src.js', {
    encoding: 'utf-8'
})
let ast = parser.parse(jscode) // 生成AST
let ast_json = JSON.stringify(ast, null, 2)  
fs.writeFileSync('./ast.json', ast_json, err => {})
let code = generator(ast).code  // 转换为新代码
fs.writeFileSync('./newSrc.js', code, err => {})

Babel有很多组件和API

  • @babel/parser: 将JS代码转换为AST

  • @babel/travers: 遍历AST节点

  • @babel/types: 判断节点类型、生成新节点

  • @babel/generator: 把AST转化为JS代码

Babel处理JS文件的流程

  • 读取JS文件

  • 解析成AST

  • 对AST节点进行增删改查

  • 生成新的JS代码并保存

0x02 parser|generator

parser: JS转AST

generator: AST转JS

let ast = parser.parse(jscode, {sourceType: 'module'})

  • parser.parse返回一个对象，可以使用JSON.stringify将其转化为JSON字符串

  • 第二个参数是一个对象，sourceType默认为script，当解析的JS代码中含有import、export等关键字时，需要指定sourceType为module

let code = generator(ast, {
    retainLines: false, 
    comments: false, 
    compact: true
}).code

  • generator返回的一个对象，其code属性才是需要的代码

  • retainLines: 是否使用与源代码相同的行号，默认false，输出的是格式化后的代码

  • comments: 是否保留注释，默认true

  • compact: 是否压缩代码

0x03 traverse|visitor

traverse用于遍历节点，配合visitor进行节点过滤

let visitor = {};
visitor.FunctionExpression = function(path){
	console.log("visit FunctionExpression");
};
traverse(ast, visitor);

打印了两次visit FunctionExpression

visitor中方法的参数path对应Path对象而非节点对象Node

visitor的定义一般有如下三种方式：

const visitor1 = {
    FunctionExpression: function(path) {
        console.log("visit FunctionExpression");
    }
};

const visitor2 = {
    FunctionExpression(path) {
        console.log("visit FunctionExpression");
    }
};

const visitor3 = {
    FunctionExpression: {
        enter(path) {
            console.log("enter FunctionExpression");
        },
        exit(path) {
            console.log("exit FunctionExpression");
        }
    }
};

在遍历节点的过程中，有两次机会访问一个节点，分别是进入节点(enter)和退出节点(exit)

可以把同一个函数应用到多个节点，|连接方法名

const visitor = {
    "FunctionExpression|BinaryExpression"(path){
        console.log("expression");
    }
};

也可以把多个函数应用于同一个节点

function func1(path){
	console.log('func1');
}
function func2(path){
	console.log('func2');
}

const visitor = {
    FunctionExpression: {
        enter: [func1, func2]
    }
};

当遍历到某个节点时，我们可以定义新的visitor对其下的子树进行特殊的处理，如下面代码的功能为替换所有函数的第一个参数为x

const updateParamNameVisitor = {
    Identifier(path) {
        if(path.node.name === this.paramName) {
            path.node.name = "x";
        }
    }
};
const visitor = {
    FunctionExpression(path) {
        const paramName = path.node.params[0].name;
        path.traverse(updateParamNameVisitor, {paramName});
    }
};

traverse(ast, visitor);

先根据visitor去traverse所有节点，当遍历到FunctionExpression节点时，再用updateParamNameVisitor去遍历当前节点下的所有子节点。使用path.traverse时还可以额外传入一个对象，在对应的visitor中可以用this去引用。

0x04 types

用于判断节点类型、生成新的节点

下面两种写法等价，用于把所有变量名x改成n

traverse(ast, {
	enter(path) {
		if (
			path.node.type === "Identifier" &&
			path.node.name === "x"
		){
			path.node.name = "n";
		}
	}
});

traverse(ast, {
	enter(path) {
		if (
			t.isIdentifier(path.node, {name: 'x'})
		){
			path.node.name = "n";
		}
	}
});

下面用types来生成我们最早的代码

由上一节的AST在线解析的分析，首先要生成一个variableDeclaration，kind参数是声明类型，declarations是一个VariableDeclarator数组

declare function variableDeclaration(kind: "var" | "let" | "const" | "using" | "await using", declarations: Array<VariableDeclarator>): VariableDeclaration;

id为Identifier, init后面跟着?表示可选参数，init表示是否在变量声明时初始化变量，这里需要一个ObjectExpression

declare function variableDeclarator(id: LVal, init?: Expression | null): VariableDeclarator;

对象可以有多个属性，因此properties是个数组，我们需要三个ObjectProperty

declare function objectExpression(properties: Array<ObjectMethod | ObjectProperty | SpreadElement>): ObjectExpression;
declare function objectProperty(key: Expression | Identifier | StringLiteral | NumericLiteral | BigIntLiteral | DecimalLiteral | PrivateName, value: Expression | PatternLike, computed?: boolean, shorthand?: boolean, decorators?: Array<Decorator> | null): ObjectProperty;

第一个属性值是StringLiteral

declare function stringLiteral(value: string): StringLiteral;

第二、三个属性值是FunctionExpression

declare function functionExpression(id: Identifier | null | undefined, params: Array<Identifier | Pattern | RestElement>, body: BlockStatement, generator?: boolean, async?: boolean): FunctionExpression;

  • id: 函数名 Identifier

  • params: 参数数组

  • body: 函数体 BlockStatement

declare function blockStatement(body: Array<Statement>, directives?: Array<Directive>): BlockStatement;

body为Statement数组，我们的函数体内只有返回语句

declare function returnStatement(argument?: Expression | null): ReturnStatement;

返回语句由二元表达式构成

declare function binaryExpression(operator: "+" | "-" | "/" | "%" | "*" | "**" | "&" | "|" | ">>" | ">>>" | "<<" | "^" | "==" | "===" | "!=" | "!==" | "in" | "instanceof" | ">" | "<" | ">=" | "<=" | "|>", left: Expression | PrivateName, right: Expression): BinaryExpression;

完整代码：

const fs = require('fs');
const t = require("@babel/types");
const generator = require("@babel/generator").default;

let a = t.identifier('a')
let b = t.identifier('b')

let binExpr2 = t.binaryExpression('+', a, b);
let binExpr3 = t.binaryExpression('*', a, b);

let retSta2 = t.returnStatement(t.binaryExpression('+', binExpr2, t.numericLiteral(100)));
let retSta3 = t.returnStatement(t.binaryExpression('*', binExpr3, t.numericLiteral(2)));

let blockSta2 = t.blockStatement([retSta2]);
let blockSta3 = t.blockStatement([retSta3]);

let funcExpr2 = t.functionExpression(null, [a,b], blockSta2);
let funcExpr3 = t.functionExpression(null, [a,b], blockSta3);

let objProp1 = t.objectProperty(t.identifier('name'), t.stringLiteral('test'));
let objProp2 = t.objectProperty(t.identifier('add'), funcExpr2);
let objProp3 = t.objectProperty(t.identifier('mul'), funcExpr3);
let objExpr = t.objectExpression([objProp1, objProp2, objProp3])
let varDec = t.variableDeclarator(t.identifier('obj'), objExpr);
let newNode = t.variableDeclaration('let', [varDec])
let code = generator(newNode).code

fs.writeFileSync('./localNewSrc.js', code, err => {})

生成的代码：

let obj = {
  name: "test",
  add: function (a, b) {
    return a + b + 100;
  },
  mul: function (a, b) {
    return a * b * 2;
  }
};

上面用到了StringLiteral和NumericLiteral， Babel 中还定义了一些其他的字面量

export function nullLiteral(): NullLiteral;
export function booleanLiteral(value: boolean): BooleanLiteral;
export function regExpLiteral(pattern: string, flags?: any): RegExpLiteral;

当生成比较多的字面量时，会比较麻烦，所以Babel还提供了valueToNod

export function valueToNode(value: undefined): Identifier
export function valueToNode(value: boolean): BooleanLiteral
export function valueToNode(value: null): NullLiteral
export function valueToNode(value: string): StringLiteral
export function valueToNode(value: number): NumericLiteral | BinaryExpression | UnaryExpression
export function valueToNode(value: RegExp): RegExpLiteral
export function valueToNode(value: ReadonlyArray<undefined | boolean | null | string | number | RegExp | object>): ArrayExpression
export function valueToNode(value: object): ObjectExpression
export function valueToNode(value: undefined | boolean | null | string | number | RegExp | object): Expression
let loaclAst = t.valueToNode([1, "2", false, null, undefined, /w\s/g, { x: '1000', y: 2000 }]);
let code = generator(loaclAst).code;
console.log(code);

0x05 Path

Node对象包含在Path对象中，下面会介绍Path对象的属性及方法

image-20230707163023924

Path Methods

  • 获取Node/Path

为获取节点的属性值，一般先访问到该节点，再直接点访问(.)属性

const visitor = {
    BinaryExpression(path) {
        console.log(path.node.left);
        console.log(path.node.right);
        console.log(path.node.operator);
    }
};
image-20230707163944598

但这种方法获取的是Node或具体属性值，无法使用Path类的方法

const visitor = {
    BinaryExpression(path) {
        console.log(path.get('left'));
        console.log(path.get('right'));
        console.log(path.get('operator'));
    }
};
image-20230707164355092

path.get支持多级访问，如path.get('left.type')

得到的是封装的NodePath对象，就可以使用Path相关方法

  • 判断Path类型

上面的types组件可以用来判断Node的类型

t.isIdentifier(path.node)
t.isIdentifier(path.node, {name: 'x'})

Path也提供了判断自身类型的方法

const visitor = {
    BinaryExpression(path) {
        console.log(path.get('left').isIdentifier());  // false
        console.log(path.get('right').isNumericLiteral({value: 10}));  // true
        console.log(path.get('left').assertIdentifier());  // 报错
    }
};

  • 节点转代码

很多时间需要在执行过程中把部分节点转为代码，而非在最后才把整个AST转成代码，generator组件可以做到

const visitor = {
    FunctionExpression(path) {
        console.log(generator(path.node).code);
    }
};
// function (x, b) {
//     return x + b + 10;
// }
// function (x, b) {
//     return x + b * 2;
// }

Path对象重写了Object的toString，其中调用了generator组件把节点转为代码，因此可以直接path.toString()来把节点转为代码，或者path + ''隐式转换

const visitor = {
    FunctionExpression(path) {
        console.log(path.toString());
        // console.log(path + '');
    }
};

  • 替换节点属性

获取节点属性直接赋值即可

const visitor = {
    BinaryExpression(path) {
        path.node.left = t.identifier('x');
        path.node.right = t.identifier('y')
    }
};
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    return x + y;
  },
  mul: function (x, b) {
    return x + y;
  }
};

  • 替换整个节点

replaceWith：一换一

const visitor = {
    BinaryExpression(path) {
        path.replaceWith(t.valueToNode('hhh'));
    }
};
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    return "hhh";
  },
  mul: function (x, b) {
    return "hhh";
  }
};

replaceWithMultiple：多换一

const visitor = {
    ReturnStatement(path) {
        path.replaceWithMultiple([
            t.variableDeclaration('let', [t.variableDeclarator(t.identifier('res'), t.numericLiteral(20))]),
            t.returnStatement(t.identifier('res')),
        ]);
        path.stop();
    }
};
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    let res = 20;
    return res;
  },
  mul: function (x, b) {
    return x + b * 2;
  }
};

replaceInline：接收一个参数，若该参数不为数组，等价于replaceWith；若该参数为数组，等价于replaceWithMultiple

replaceWithSourceString：用字符串源码替换节点

const visitor = {
    ReturnStatement(path) {
        let argumentPath = path.get('argument');
        argumentPath.replaceWithSourceString(`function(){return ${argumentPath} }()`);
        path.stop();
    }
};
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    return function () {
      return x + b + 10;
    }();
  },
  mul: function (x, b) {
    return x + b * 2;
  }
};

  • 删除节点

traverse(ast, {EmptyStatement(path){
    path.remove();
}});

EmptyStatement为空语句，就是多余的分号

  • 插入节点

const visitor = {
    ReturnStatement(path) {
        path.insertBefore(t.stringLiteral("before"));
        path.insertAfter(t.stringLiteral("after"));
    }
};
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    "befor"
    return x + b + 10;
    "after"
  },
  mul: function (x, b) {
    "befor"
    return x + b * 2;
    "after"
  }
};

Parent Path

Path对象有两个属性

  • parentPath：NodePath 父级Path

  • parent：Node 父节点

  1. path.findParent

一些情况下需要从一个路径向上遍历语法树，直到满足相应的条件

const visitor = {
    ReturnStatement(path) {
        console.log(path.findParent((p) => p.isObjectExpression()));
    }
};
image-20230711142231248

  1. path.find

使用方法和上面的path.findParent一致，不过find方法查找的范围包含当前节点，而findParent不包含

  1. path.getFunctionParent

向上查找与当前节点最近的函数父节点

  1. path.getStatementParent

向上查找与当前节点最近的语句父节点，如声明语句、return语句、if语句、switch语句、while语句

查找包含当前节点，因此在这个例子中需要从parentPath中去调用

Parallel Path

先了解一下container

image-20230711150518316

  • listKey：容器名

  • key：当前节点在容器中的位置

  • container：存储同级节点的数组

(有时候当前节点没有同级节点，container可能为单个Node，而非数组)

  1. path.inList：判断是否有同级节点（注意，当container为数组但只有一个成员时，会返回true）

  2. path.getSibling(index)：获取同级Path，index为容器数组中的索引，index可以通过对path.key进行加减操作来定位到不同

  3. unshiftContainer、pushContainer

    const visitor = {
    ReturnStatement(path) {
        path.parentPath.unshiftContainer('body', [
            t.expressionStatement(t.stringLiteral('Before1')),
            t.expressionStatement(t.stringLiteral('Before2'))
        ]);
        path.parentPath.pushContainer('body', t.expressionStatement(t.stringLiteral('after')));
    }
};


let obj = {
  name: 'test',
  add: function (x, b) {
    "Before1";
    "Before2";
    return x + b + 10;
    "after";
  },
  mul: function (x, b) {
    "Before1";
    "Before2";
    return x + b * 2;
    "after";
  }
};

    unshiftContainer往容器最前面加入节点

    pushContainer往容器最后面加入节点

0x05 scope

scope可以方便地查找标识符的作用域，获取并修改标识符的所有引用，以及判断标识符是否为参数或常量

以下面的代码为例

const a = 1000;
let b = 2000;
let obj = {
    name: 'test',
    add: function(a) {
        a = 400;
        b = 300;
        let e = 700;
        function demo() {
            let d = 600;
        }
        demo();
        return a + a + b + 100 + obj.name;
    }
};
obj.add(100);

  • 获取标识符作用域

const visitor = {
    Identifier(path) {
        if (path.node.name == 'e') {
            console.log(generator(path.scope.block).code);
        }
    }
};

// function (a) {
//     a = 400;
//     b = 300;
//     let e = 700;
//     function demo() {
//       let d = 600;
//     }
//     demo();
//     return a + a + b + 100 + obj.name;
// }

scope.block属性来获取标识符作用域，返回Node对象

上述代码中变量e是定义在add函数内部的，作用域范围为整个add

若遍历的是一个函数，需要去获取父级作用域

const visitor = {
    FunctionDeclaration(path) {
        console.log(generator(path.scope.block).code);
    }
};

// function demo() {
//     let d = 600;
// }

const visitor = {
    FunctionDeclaration(path) {
        console.log(generator(path.scope.parent.block).code);
    }
};
// function (a) {
//     a = 400;
//     b = 300;
//     let e = 700;
//     function demo() {
//       let d = 600;
//     }
//     demo();
//     return a + a + b + 100 + obj.name;
// }

  • 标识符绑定

    scope.getBinding('a')

const visitor = {
    FunctionDeclaration(path) {
        let bindingA = path.scope.getBinding("a");
        let bindingDemo = path.scope.getBinding("demo");
        console.log(bindingA);
        console.log(bindingA.referenced); // true
        console.log(bindingA.references); // 2
        console.log(generator(bindingA.scope.block).code);
        console.log(generator(bindingDemo.scope.block).code);
    }
};

// 打印了两次
function (a) {
  a = 400;
  b = 300;
  let e = 700;
  function demo() {
    let d = 600;
  }
  demo();
  return a + a + b + 100 + obj.name;
}
image-20230711210945219

  • constant：判断当前变量是否被更改

  • identifier：标识符的Node对象

  • kind：表明a是add的参数

  • referenced：标识符是否被引用

  • references：被引用的次数

scope.getOwnBinding用于获取当前节点自己的绑定，即不包含父级作用域中定义的标识符的绑定，但该函数会得到子函数中定义的标识符的绑定

function TestOwnBinding(path){
    path.traverse({
        Identifier(p) {
            let name = p.node.name;
            console.log(name, !!p.scope.getOwnBinding(name));
        }
    })
};
traverse(ast, {
    FunctionExpression(path) {
        TestOwnBinding(path);
    }
});
a true
a true
b false
e true
demo false
d true
demo true
a true
a true
b false
obj false
name false

可以看到demo中定义的d变量也通过getOwingBinding获取到了。若只想获取当前节点下定义的标识符，而不涉及子函数的话，还需要进一步判断，可以通过判断标识符作用域是否与当前函数的一致来确定

function TestOwnBinding(path){
    path.traverse({
        Identifier(p) {
            let name = p.node.name;
            let binding = p.scope.getBinding(name);
            binding && console.log(name, generator(binding.scope.block).code == path + '');
        }
    })
};
traverse(ast, {
    FunctionExpression(path) {
        TestOwnBinding(path);
    }
});
a true
a true
b false
e true
demo true
d false
demo true
a true
a true
b false
obj false

通过binding.scope.block获取标识符作用域，转为代码后再与当前节点的代码比较，可以确定是否为当前函数中定义的标识符

  • referencePaths

若标识符被引用，referencePaths中会存放所有引用该标识符节点的Path对象(NodePath对象)

image-20230712082301706

add方法return处引用了两次a，其父节点为BinaryExpression，两个NodePath的key分别为left和right

  • constantViolations

若标识符被修改，constantViolations中会存放所有修改了该标识符节点的Path对象(NodePath数组)

image-20230712081844791

add方法的第一行修改了a标识符a = 400

  • scope.traverse

用于遍历作用域中的节点

const visitor = {
    FunctionExpression(path) {
        let binding = path.scope.getBinding('a');
        binding.scope.traverse(binding.scope.block, {
            AssignmentExpression(p) {
                if(p.node.left.name == 'a')
                    p.node.right = t.numericLiteral(666);
            }
        })
    }
};

上述代码将FunctionExpression下的a标识符作用域中对a的赋值语句改成赋值为666

const a = 1000;
let b = 2000;
let obj = {
  name: 'test',
  add: function (a) {
    a = 666;
    b = 300;
    let e = 700;
    function demo() {
      let d = 600;
    }
    demo();
    return a + a + b + 100 + obj.name;
  }
};
obj.add(100);

  • scope.rename

标识符重命名，这个方法会同时修改所有引用该标识符的地方

如下将add函数中的b变量重命名为x

const visitor = {
    FunctionExpression(path) {
        let binding = path.scope.getBinding('b');
        binding.scope.rename('b', 'x');
    }
};

但我们指定的'x'可能会与现有标识符冲突，这时可以使用scope.generateUidIdentifier来生成一个标识符，这样就可以实现一个简单的标识符混淆

const visitor = {
    Identifier(path) {
        path.scope.rename(path.node.name,
            path.scope.generateUidIdentifier('_0x2ba6ea').name);
    }
};
const _0x2ba6ea = 1000;
let _0x2ba6ea15 = 2000;
let _0x2ba6ea18 = {
  name: 'test',
  add: function (_0x2ba6ea14) {
    _0x2ba6ea14 = 400;
    _0x2ba6ea15 = 300;
    let _0x2ba6ea9 = 700;
    function _0x2ba6ea12() {
      let _0x2ba6ea11 = 600;
    }
    _0x2ba6ea12();
    return _0x2ba6ea14 + _0x2ba6ea14 + _0x2ba6ea15 + 100 + _0x2ba6ea18.name;
  }
};
_0x2ba6ea18.add(100);

让我们多定义一些函数，并让其局部变量重名

const a = 1000;
let b = 2000;
let obj = {
    name: 'test',
    add: function(a) {
        a = 400;
        b = 300;
        let e = 700;
        function demo() {
            let a = 600;
        }
        function demo2() {
            let a = 500;
        }
        demo();
        return a + a + b + 100 + obj.name;
    }
};
obj.add(100);
const _0x2ba6ea = 1000;
let _0x2ba6ea17 = 2000;
let _0x2ba6ea20 = {
  name: 'test',
  add: function (_0x2ba6ea16) {
    _0x2ba6ea16 = 400;
    _0x2ba6ea17 = 300;
    let _0x2ba6ea9 = 700;
    function _0x2ba6ea14() {
      let _0x2ba6ea11 = 600;
    }
    function _0x2ba6ea12() {
      let _0x2ba6ea13 = 500;
    }
    _0x2ba6ea14();
    return _0x2ba6ea16 + _0x2ba6ea16 + _0x2ba6ea17 + 100 + _0x2ba6ea20.name;
  }
};
_0x2ba6ea20.add(100);

可以发现不同函数的局部变量混淆过后的变量名不同，实际上可以让混淆之后的变量名重复，甚至让函数中的局部变量跟当前函数中没有引用到的全局变量重名（如原始代码中的全局变量a和add中的a参数），以此做到更复杂的混淆。

  • scope的其他方法

    • scope.hasBinding('a')查询是否有标识符a的绑定

      scope.getBinding('a')返回undefined等价于scope.hashBinding('a')返回false

    • scope.hasOwnBinding('a')查询当前节点是否有自己的绑定

      上面的demo函数中，OwnBinding只有一个d，函数名demo属于父级作用域

      const visitor = {
    FunctionDeclaration(path){
        console.log(path.scope.parent.hasOwnBinding('demo'));  // true
    }
};

    • scope.getAllBindings

      获取当前节点的所有绑定，返回一个对象，以标识符名为属性名，对于的Binding为属性值

    • scope.hasReference('a')

      查询当前节点是否有a标识符的引用

    • scope.getBindingIdentifier('a')

      获取当前节点中绑定的a标识符，返回Identifier的Node对象

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