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/ Netrunner 2004 October / NETRUNNER0410.ISO / regular / ActivePerl-5.8.4.810-MSWin32-x86.msi / _f22422fdf255a62882fe37a0c97473c5 < prev    next >
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Text File  |  2004-06-01  |  21.3 KB  |  589 lines

  1. =head1 NAME
  2.  
  3. perlfilter - Source Filters
  4.  
  5. =head1 DESCRIPTION
  6.  
  7. This article is about a little-known feature of Perl called
  8. I<source filters>. Source filters alter the program text of a module
  9. before Perl sees it, much as a C preprocessor alters the source text of
  10. a C program before the compiler sees it. This article tells you more
  11. about what source filters are, how they work, and how to write your
  12. own.
  13.  
  14. The original purpose of source filters was to let you encrypt your
  15. program source to prevent casual piracy. This isn't all they can do, as
  16. you'll soon learn. But first, the basics.
  17.  
  18. =head1 CONCEPTS
  19.  
  20. Before the Perl interpreter can execute a Perl script, it must first
  21. read it from a file into memory for parsing and compilation. If that
  22. script itself includes other scripts with a C<use> or C<require>
  23. statement, then each of those scripts will have to be read from their
  24. respective files as well.
  25.  
  26. Now think of each logical connection between the Perl parser and an
  27. individual file as a I<source stream>. A source stream is created when
  28. the Perl parser opens a file, it continues to exist as the source code
  29. is read into memory, and it is destroyed when Perl is finished parsing
  30. the file. If the parser encounters a C<require> or C<use> statement in
  31. a source stream, a new and distinct stream is created just for that
  32. file.
  33.  
  34. The diagram below represents a single source stream, with the flow of
  35. source from a Perl script file on the left into the Perl parser on the
  36. right. This is how Perl normally operates.
  37.  
  38.     file -------> parser
  39.  
  40. There are two important points to remember:
  41.  
  42. =over 5
  43.  
  44. =item 1.
  45.  
  46. Although there can be any number of source streams in existence at any
  47. given time, only one will be active.
  48.  
  49. =item 2.
  50.  
  51. Every source stream is associated with only one file.
  52.  
  53. =back
  54.  
  55. A source filter is a special kind of Perl module that intercepts and
  56. modifies a source stream before it reaches the parser. A source filter
  57. changes our diagram like this:
  58.  
  59.     file ----> filter ----> parser
  60.  
  61. If that doesn't make much sense, consider the analogy of a command
  62. pipeline. Say you have a shell script stored in the compressed file
  63. I<trial.gz>. The simple pipeline command below runs the script without
  64. needing to create a temporary file to hold the uncompressed file.
  65.  
  66.     gunzip -c trial.gz | sh
  67.  
  68. In this case, the data flow from the pipeline can be represented as follows:
  69.  
  70.     trial.gz ----> gunzip ----> sh
  71.  
  72. With source filters, you can store the text of your script compressed and use a source filter to uncompress it for Perl's parser:
  73.  
  74.      compressed           gunzip
  75.     Perl program ---> source filter ---> parser
  76.  
  77. =head1 USING FILTERS
  78.  
  79. So how do you use a source filter in a Perl script? Above, I said that
  80. a source filter is just a special kind of module. Like all Perl
  81. modules, a source filter is invoked with a use statement.
  82.  
  83. Say you want to pass your Perl source through the C preprocessor before
  84. execution. You could use the existing C<-P> command line option to do
  85. this, but as it happens, the source filters distribution comes with a C
  86. preprocessor filter module called Filter::cpp. Let's use that instead.
  87.  
  88. Below is an example program, C<cpp_test>, which makes use of this filter.
  89. Line numbers have been added to allow specific lines to be referenced
  90. easily.
  91.  
  92.     1: use Filter::cpp ;
  93.     2: #define TRUE 1
  94.     3: $a = TRUE ;
  95.     4: print "a = $a\n" ;
  96.  
  97. When you execute this script, Perl creates a source stream for the
  98. file. Before the parser processes any of the lines from the file, the
  99. source stream looks like this:
  100.  
  101.     cpp_test ---------> parser
  102.  
  103. Line 1, C<use Filter::cpp>, includes and installs the C<cpp> filter
  104. module. All source filters work this way. The use statement is compiled
  105. and executed at compile time, before any more of the file is read, and
  106. it attaches the cpp filter to the source stream behind the scenes. Now
  107. the data flow looks like this:
  108.  
  109.     cpp_test ----> cpp filter ----> parser
  110.  
  111. As the parser reads the second and subsequent lines from the source
  112. stream, it feeds those lines through the C<cpp> source filter before
  113. processing them. The C<cpp> filter simply passes each line through the
  114. real C preprocessor. The output from the C preprocessor is then
  115. inserted back into the source stream by the filter.
  116.  
  117.                   .-> cpp --.
  118.                   |         |
  119.                   |         |
  120.                   |       <-'
  121.    cpp_test ----> cpp filter ----> parser
  122.  
  123. The parser then sees the following code:
  124.  
  125.     use Filter::cpp ;
  126.     $a = 1 ;
  127.     print "a = $a\n" ;
  128.  
  129. Let's consider what happens when the filtered code includes another
  130. module with use:
  131.  
  132.     1: use Filter::cpp ;
  133.     2: #define TRUE 1
  134.     3: use Fred ;
  135.     4: $a = TRUE ;
  136.     5: print "a = $a\n" ;
  137.  
  138. The C<cpp> filter does not apply to the text of the Fred module, only
  139. to the text of the file that used it (C<cpp_test>). Although the use
  140. statement on line 3 will pass through the cpp filter, the module that
  141. gets included (C<Fred>) will not. The source streams look like this
  142. after line 3 has been parsed and before line 4 is parsed:
  143.  
  144.     cpp_test ---> cpp filter ---> parser (INACTIVE)
  145.  
  146.     Fred.pm ----> parser
  147.  
  148. As you can see, a new stream has been created for reading the source
  149. from C<Fred.pm>. This stream will remain active until all of C<Fred.pm>
  150. has been parsed. The source stream for C<cpp_test> will still exist,
  151. but is inactive. Once the parser has finished reading Fred.pm, the
  152. source stream associated with it will be destroyed. The source stream
  153. for C<cpp_test> then becomes active again and the parser reads line 4
  154. and subsequent lines from C<cpp_test>.
  155.  
  156. You can use more than one source filter on a single file. Similarly,
  157. you can reuse the same filter in as many files as you like.
  158.  
  159. For example, if you have a uuencoded and compressed source file, it is
  160. possible to stack a uudecode filter and an uncompression filter like
  161. this:
  162.  
  163.     use Filter::uudecode ; use Filter::uncompress ;
  164.     M'XL(".H<US4''V9I;F%L')Q;>7/;1I;_>_I3=&E=%:F*I"T?22Q/
  165.     M6]9*<IQCO*XFT"0[PL%%'Y+IG?WN^ZYN-$'J.[.JE$,20/?K=_[>
  166.     ...
  167.  
  168. Once the first line has been processed, the flow will look like this:
  169.  
  170.     file ---> uudecode ---> uncompress ---> parser
  171.                filter         filter
  172.  
  173. Data flows through filters in the same order they appear in the source
  174. file. The uudecode filter appeared before the uncompress filter, so the
  175. source file will be uudecoded before it's uncompressed.
  176.  
  177. =head1 WRITING A SOURCE FILTER
  178.  
  179. There are three ways to write your own source filter. You can write it
  180. in C, use an external program as a filter, or write the filter in Perl.
  181. I won't cover the first two in any great detail, so I'll get them out
  182. of the way first. Writing the filter in Perl is most convenient, so
  183. I'll devote the most space to it.
  184.  
  185. =head1 WRITING A SOURCE FILTER IN C
  186.  
  187. The first of the three available techniques is to write the filter
  188. completely in C. The external module you create interfaces directly
  189. with the source filter hooks provided by Perl.
  190.  
  191. The advantage of this technique is that you have complete control over
  192. the implementation of your filter. The big disadvantage is the
  193. increased complexity required to write the filter - not only do you
  194. need to understand the source filter hooks, but you also need a
  195. reasonable knowledge of Perl guts. One of the few times it is worth
  196. going to this trouble is when writing a source scrambler. The
  197. C<decrypt> filter (which unscrambles the source before Perl parses it)
  198. included with the source filter distribution is an example of a C
  199. source filter (see Decryption Filters, below).
  200.  
  201.  
  202. =over 5
  203.  
  204. =item B<Decryption Filters>
  205.  
  206. All decryption filters work on the principle of "security through
  207. obscurity." Regardless of how well you write a decryption filter and
  208. how strong your encryption algorithm, anyone determined enough can
  209. retrieve the original source code. The reason is quite simple - once
  210. the decryption filter has decrypted the source back to its original
  211. form, fragments of it will be stored in the computer's memory as Perl
  212. parses it. The source might only be in memory for a short period of
  213. time, but anyone possessing a debugger, skill, and lots of patience can
  214. eventually reconstruct your program.
  215.  
  216. That said, there are a number of steps that can be taken to make life
  217. difficult for the potential cracker. The most important: Write your
  218. decryption filter in C and statically link the decryption module into
  219. the Perl binary. For further tips to make life difficult for the
  220. potential cracker, see the file I<decrypt.pm> in the source filters
  221. module.
  222.  
  223. =back
  224.  
  225. =head1 CREATING A SOURCE FILTER AS A SEPARATE EXECUTABLE
  226.  
  227. An alternative to writing the filter in C is to create a separate
  228. executable in the language of your choice. The separate executable
  229. reads from standard input, does whatever processing is necessary, and
  230. writes the filtered data to standard output. C<Filter:cpp> is an
  231. example of a source filter implemented as a separate executable - the
  232. executable is the C preprocessor bundled with your C compiler.
  233.  
  234. The source filter distribution includes two modules that simplify this
  235. task: C<Filter::exec> and C<Filter::sh>. Both allow you to run any
  236. external executable. Both use a coprocess to control the flow of data
  237. into and out of the external executable. (For details on coprocesses,
  238. see Stephens, W.R. "Advanced Programming in the UNIX Environment."
  239. Addison-Wesley, ISBN 0-210-56317-7, pages 441-445.) The difference
  240. between them is that C<Filter::exec> spawns the external command
  241. directly, while C<Filter::sh> spawns a shell to execute the external
  242. command. (Unix uses the Bourne shell; NT uses the cmd shell.) Spawning
  243. a shell allows you to make use of the shell metacharacters and
  244. redirection facilities.
  245.  
  246. Here is an example script that uses C<Filter::sh>:
  247.  
  248.     use Filter::sh 'tr XYZ PQR' ;
  249.     $a = 1 ;
  250.     print "XYZ a = $a\n" ;
  251.  
  252. The output you'll get when the script is executed:
  253.  
  254.     PQR a = 1
  255.  
  256. Writing a source filter as a separate executable works fine, but a
  257. small performance penalty is incurred. For example, if you execute the
  258. small example above, a separate subprocess will be created to run the
  259. Unix C<tr> command. Each use of the filter requires its own subprocess.
  260. If creating subprocesses is expensive on your system, you might want to
  261. consider one of the other options for creating source filters.
  262.  
  263. =head1 WRITING A SOURCE FILTER IN PERL
  264.  
  265. The easiest and most portable option available for creating your own
  266. source filter is to write it completely in Perl. To distinguish this
  267. from the previous two techniques, I'll call it a Perl source filter.
  268.  
  269. To help understand how to write a Perl source filter we need an example
  270. to study. Here is a complete source filter that performs rot13
  271. decoding. (Rot13 is a very simple encryption scheme used in Usenet
  272. postings to hide the contents of offensive posts. It moves every letter
  273. forward thirteen places, so that A becomes N, B becomes O, and Z
  274. becomes M.)
  275.  
  276.  
  277.    package Rot13 ;
  278.  
  279.    use Filter::Util::Call ;
  280.  
  281.    sub import {
  282.       my ($type) = @_ ;
  283.       my ($ref) = [] ;
  284.       filter_add(bless $ref) ;
  285.    }
  286.  
  287.    sub filter {
  288.       my ($self) = @_ ;
  289.       my ($status) ;
  290.  
  291.       tr/n-za-mN-ZA-M/a-zA-Z/
  292.          if ($status = filter_read()) > 0 ;
  293.       $status ;
  294.    }
  295.  
  296.    1;
  297.  
  298. All Perl source filters are implemented as Perl classes and have the
  299. same basic structure as the example above.
  300.  
  301. First, we include the C<Filter::Util::Call> module, which exports a
  302. number of functions into your filter's namespace. The filter shown
  303. above uses two of these functions, C<filter_add()> and
  304. C<filter_read()>.
  305.  
  306. Next, we create the filter object and associate it with the source
  307. stream by defining the C<import> function. If you know Perl well
  308. enough, you know that C<import> is called automatically every time a
  309. module is included with a use statement. This makes C<import> the ideal
  310. place to both create and install a filter object.
  311.  
  312. In the example filter, the object (C<$ref>) is blessed just like any
  313. other Perl object. Our example uses an anonymous array, but this isn't
  314. a requirement. Because this example doesn't need to store any context
  315. information, we could have used a scalar or hash reference just as
  316. well. The next section demonstrates context data.
  317.  
  318. The association between the filter object and the source stream is made
  319. with the C<filter_add()> function. This takes a filter object as a
  320. parameter (C<$ref> in this case) and installs it in the source stream.
  321.  
  322. Finally, there is the code that actually does the filtering. For this
  323. type of Perl source filter, all the filtering is done in a method
  324. called C<filter()>. (It is also possible to write a Perl source filter
  325. using a closure. See the C<Filter::Util::Call> manual page for more
  326. details.) It's called every time the Perl parser needs another line of
  327. source to process. The C<filter()> method, in turn, reads lines from
  328. the source stream using the C<filter_read()> function.
  329.  
  330. If a line was available from the source stream, C<filter_read()>
  331. returns a status value greater than zero and appends the line to C<$_>.
  332. A status value of zero indicates end-of-file, less than zero means an
  333. error. The filter function itself is expected to return its status in
  334. the same way, and put the filtered line it wants written to the source
  335. stream in C<$_>. The use of C<$_> accounts for the brevity of most Perl
  336. source filters.
  337.  
  338. In order to make use of the rot13 filter we need some way of encoding
  339. the source file in rot13 format. The script below, C<mkrot13>, does
  340. just that.
  341.  
  342.     die "usage mkrot13 filename\n" unless @ARGV ;
  343.     my $in = $ARGV[0] ;
  344.     my $out = "$in.tmp" ;
  345.     open(IN, "<$in") or die "Cannot open file $in: $!\n";
  346.     open(OUT, ">$out") or die "Cannot open file $out: $!\n";
  347.  
  348.     print OUT "use Rot13;\n" ;
  349.     while (<IN>) {
  350.        tr/a-zA-Z/n-za-mN-ZA-M/ ;
  351.        print OUT ;
  352.     }
  353.  
  354.     close IN;
  355.     close OUT;
  356.     unlink $in;
  357.     rename $out, $in;
  358.  
  359. If we encrypt this with C<mkrot13>:
  360.  
  361.     print " hello fred \n" ;
  362.  
  363. the result will be this:
  364.  
  365.     use Rot13;
  366.     cevag "uryyb serq\a" ;
  367.  
  368. Running it produces this output:
  369.  
  370.     hello fred
  371.  
  372. =head1 USING CONTEXT: THE DEBUG FILTER
  373.  
  374. The rot13 example was a trivial example. Here's another demonstration
  375. that shows off a few more features.
  376.  
  377. Say you wanted to include a lot of debugging code in your Perl script
  378. during development, but you didn't want it available in the released
  379. product. Source filters offer a solution. In order to keep the example
  380. simple, let's say you wanted the debugging output to be controlled by
  381. an environment variable, C<DEBUG>. Debugging code is enabled if the
  382. variable exists, otherwise it is disabled.
  383.  
  384. Two special marker lines will bracket debugging code, like this:
  385.  
  386.     ## DEBUG_BEGIN
  387.     if ($year > 1999) {
  388.        warn "Debug: millennium bug in year $year\n" ;
  389.     }
  390.     ## DEBUG_END
  391.  
  392. When the C<DEBUG> environment variable exists, the filter ensures that
  393. Perl parses only the code between the C<DEBUG_BEGIN> and C<DEBUG_END>
  394. markers. That means that when C<DEBUG> does exist, the code above
  395. should be passed through the filter unchanged. The marker lines can
  396. also be passed through as-is, because the Perl parser will see them as
  397. comment lines. When C<DEBUG> isn't set, we need a way to disable the
  398. debug code. A simple way to achieve that is to convert the lines
  399. between the two markers into comments:
  400.  
  401.     ## DEBUG_BEGIN
  402.     #if ($year > 1999) {
  403.     #     warn "Debug: millennium bug in year $year\n" ;
  404.     #}
  405.     ## DEBUG_END
  406.  
  407. Here is the complete Debug filter:
  408.  
  409.     package Debug;
  410.  
  411.     use strict;
  412.     use warnings;
  413.     use Filter::Util::Call ;
  414.  
  415.     use constant TRUE => 1 ;
  416.     use constant FALSE => 0 ;
  417.  
  418.     sub import {
  419.        my ($type) = @_ ;
  420.        my (%context) = (
  421.          Enabled => defined $ENV{DEBUG},
  422.          InTraceBlock => FALSE,
  423.          Filename => (caller)[1],
  424.          LineNo => 0,
  425.          LastBegin => 0,
  426.        ) ;
  427.        filter_add(bless \%context) ;
  428.     }
  429.  
  430.     sub Die {
  431.        my ($self) = shift ;
  432.        my ($message) = shift ;
  433.        my ($line_no) = shift || $self->{LastBegin} ;
  434.        die "$message at $self->{Filename} line $line_no.\n"
  435.     }
  436.  
  437.     sub filter {
  438.        my ($self) = @_ ;
  439.        my ($status) ;
  440.        $status = filter_read() ;
  441.        ++ $self->{LineNo} ;
  442.  
  443.        # deal with EOF/error first
  444.        if ($status <= 0) {
  445.            $self->Die("DEBUG_BEGIN has no DEBUG_END")
  446.                if $self->{InTraceBlock} ;
  447.            return $status ;
  448.        }
  449.  
  450.        if ($self->{InTraceBlock}) {
  451.           if (/^\s*##\s*DEBUG_BEGIN/ ) {
  452.               $self->Die("Nested DEBUG_BEGIN", $self->{LineNo})
  453.           } elsif (/^\s*##\s*DEBUG_END/) {
  454.               $self->{InTraceBlock} = FALSE ;
  455.           }
  456.  
  457.           # comment out the debug lines when the filter is disabled
  458.           s/^/#/ if ! $self->{Enabled} ;
  459.        } elsif ( /^\s*##\s*DEBUG_BEGIN/ ) {
  460.           $self->{InTraceBlock} = TRUE ;
  461.           $self->{LastBegin} = $self->{LineNo} ;
  462.        } elsif ( /^\s*##\s*DEBUG_END/ ) {
  463.           $self->Die("DEBUG_END has no DEBUG_BEGIN", $self->{LineNo});
  464.        }
  465.        return $status ;
  466.     }
  467.  
  468.     1 ;
  469.  
  470. The big difference between this filter and the previous example is the
  471. use of context data in the filter object. The filter object is based on
  472. a hash reference, and is used to keep various pieces of context
  473. information between calls to the filter function. All but two of the
  474. hash fields are used for error reporting. The first of those two,
  475. Enabled, is used by the filter to determine whether the debugging code
  476. should be given to the Perl parser. The second, InTraceBlock, is true
  477. when the filter has encountered a C<DEBUG_BEGIN> line, but has not yet
  478. encountered the following C<DEBUG_END> line.
  479.  
  480. If you ignore all the error checking that most of the code does, the
  481. essence of the filter is as follows:
  482.  
  483.     sub filter {
  484.        my ($self) = @_ ;
  485.        my ($status) ;
  486.        $status = filter_read() ;
  487.  
  488.        # deal with EOF/error first
  489.        return $status if $status <= 0 ;
  490.        if ($self->{InTraceBlock}) {
  491.           if (/^\s*##\s*DEBUG_END/) {
  492.              $self->{InTraceBlock} = FALSE
  493.           }
  494.  
  495.           # comment out debug lines when the filter is disabled
  496.           s/^/#/ if ! $self->{Enabled} ;
  497.        } elsif ( /^\s*##\s*DEBUG_BEGIN/ ) {
  498.           $self->{InTraceBlock} = TRUE ;
  499.        }
  500.        return $status ;
  501.     }
  502.  
  503. Be warned: just as the C-preprocessor doesn't know C, the Debug filter
  504. doesn't know Perl. It can be fooled quite easily:
  505.  
  506.     print <<EOM;
  507.     ##DEBUG_BEGIN
  508.     EOM
  509.  
  510. Such things aside, you can see that a lot can be achieved with a modest
  511. amount of code.
  512.  
  513. =head1 CONCLUSION
  514.  
  515. You now have better understanding of what a source filter is, and you
  516. might even have a possible use for them. If you feel like playing with
  517. source filters but need a bit of inspiration, here are some extra
  518. features you could add to the Debug filter.
  519.  
  520. First, an easy one. Rather than having debugging code that is
  521. all-or-nothing, it would be much more useful to be able to control
  522. which specific blocks of debugging code get included. Try extending the
  523. syntax for debug blocks to allow each to be identified. The contents of
  524. the C<DEBUG> environment variable can then be used to control which
  525. blocks get included.
  526.  
  527. Once you can identify individual blocks, try allowing them to be
  528. nested. That isn't difficult either.
  529.  
  530. Here is an interesting idea that doesn't involve the Debug filter.
  531. Currently Perl subroutines have fairly limited support for formal
  532. parameter lists. You can specify the number of parameters and their
  533. type, but you still have to manually take them out of the C<@_> array
  534. yourself. Write a source filter that allows you to have a named
  535. parameter list. Such a filter would turn this:
  536.  
  537.     sub MySub ($first, $second, @rest) { ... }
  538.  
  539. into this:
  540.  
  541.     sub MySub($$@) {
  542.        my ($first) = shift ;
  543.        my ($second) = shift ;
  544.        my (@rest) = @_ ;
  545.        ...
  546.     }
  547.  
  548. Finally, if you feel like a real challenge, have a go at writing a
  549. full-blown Perl macro preprocessor as a source filter. Borrow the
  550. useful features from the C preprocessor and any other macro processors
  551. you know. The tricky bit will be choosing how much knowledge of Perl's
  552. syntax you want your filter to have.
  553.  
  554. =head1 THINGS TO LOOK OUT FOR
  555.  
  556. =over 5
  557.  
  558. =item Some Filters Clobber the C<DATA> Handle
  559.  
  560. Some source filters use the C<DATA> handle to read the calling program.
  561. When using these source filters you cannot rely on this handle, nor expect
  562. any particular kind of behavior when operating on it.  Filters based on
  563. Filter::Util::Call (and therefore Filter::Simple) do not alter the C<DATA>
  564. filehandle.
  565.  
  566. =back
  567.  
  568. =head1 REQUIREMENTS
  569.  
  570. The Source Filters distribution is available on CPAN, in 
  571.  
  572.     CPAN/modules/by-module/Filter
  573.  
  574. Starting from Perl 5.8 Filter::Util::Call (the core part of the
  575. Source Filters distribution) is part of the standard Perl distribution.
  576. Also included is a friendlier interface called Filter::Simple, by
  577. Damian Conway.
  578.  
  579. =head1 AUTHOR
  580.  
  581. Paul Marquess E<lt>Paul.Marquess@btinternet.comE<gt>
  582.  
  583. =head1 Copyrights
  584.  
  585. This article originally appeared in The Perl Journal #11, and is
  586. copyright 1998 The Perl Journal. It appears courtesy of Jon Orwant and
  587. The Perl Journal.  This document may be distributed under the same terms
  588. as Perl itself.
  589.