Изолация между произходи: Защита на JavaScript SharedArrayBuffer

В непрекъснато развиващия се свят на уеб разработката сигурността остава първостепенна грижа. Въвеждането на мощни функции като SharedArrayBuffer в JavaScript донесе значителни подобрения в производителността, но също така отвори нови пътища за потенциални уязвимости в сигурността. За да се смекчат тези рискове, беше въведена концепцията за изолация между произходи (Cross-Origin Isolation - COOP/COEP). Тази статия разглежда в дълбочина особеностите на изолацията между произходи, връзката ѝ със SharedArrayBuffer, последствията за сигурността и как да я приложите ефективно във вашите уеб приложения.

Разбиране на SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer е JavaScript обект, който позволява на множество агенти (напр. Web Workers или различни контексти на браузъра) да достъпват и променят една и съща памет. Това дава възможност за ефективно споделяне на данни и паралелна обработка, което е особено полезно за изчислително интензивни задачи като обработка на изображения, кодиране/декодиране на видео и разработка на игри.

Например, представете си приложение за редактиране на видео, работещо в браузъра. Използвайки SharedArrayBuffer, основната нишка и множество Web Workers могат едновременно да работят върху различни кадри на видеото, което значително намалява времето за обработка.

Въпреки това, възможността за споделяне на памет между различни произходи (домейни) въвежда потенциални рискове за сигурността. Основното притеснение е експлоатацията на атаки, базирани на времето за изпълнение (timing attacks), като Spectre.

Уязвимостта Spectre и нейното въздействие

Spectre е клас уязвимости, свързани със спекулативното изпълнение, които засягат съвременните процесори. Тези уязвимости позволяват на злонамерен код потенциално да достъпи данни, до които не би трябвало да има достъп, включително чувствителна информация, съхранявана в кеша на процесора.

В контекста на уеб браузърите, Spectre може да бъде експлоатиран от злонамерен JavaScript код, за да изтекат данни от други уебсайтове или дори от самия браузър. Когато не е правилно изолиран, SharedArrayBuffer може да се използва за прецизно измерване на времето на операциите, което улеснява експлоатирането на уязвимости, подобни на Spectre. Чрез внимателно създаване на JavaScript код, който взаимодейства със SharedArrayBuffer и наблюдение на разликите във времето, атакуващият би могъл потенциално да разгадае съдържанието на кеша на процесора и да извлече чувствителна информация.

Представете си сценарий, при който потребител посещава злонамерен уебсайт, който изпълнява JavaScript код, предназначен да експлоатира Spectre. Без изолация между произходи този код би могъл потенциално да прочете данни от други уебсайтове, които потребителят е посетил в същата сесия на браузъра, като например банкови данни или лична информация.

Изолацията между произходи (COOP/COEP) на помощ

Изолацията между произходи е функция за сигурност, която смекчава рисковете, свързани със SharedArrayBuffer и уязвимости, подобни на Spectre. Тя по същество създава по-строга граница на сигурност между различните уебсайтове и контексти на браузъра, предотвратявайки достъпа на злонамерен код до чувствителни данни.

Изолацията между произходи се постига чрез задаване на два HTTP хедъра на отговора:

• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP): Този хедър контролира кои други документи могат да отворят текущия документ като изскачащ прозорец. Задаването му на same-origin или same-origin-allow-popups изолира текущия произход от други произходи.
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP): Този хедър предотвратява зареждането на ресурси от друг произход, които изрично не дават разрешение на документа да ги зареди. Задаването му на require-corp налага всички ресурси от друг произход да бъдат изтеглени с активиран CORS (Cross-Origin Resource Sharing), като атрибутът crossorigin трябва да се използва в HTML таговете, които вграждат тези ресурси.

Чрез задаването на тези хедъри вие ефективно изолирате уебсайта си от други уебсайтове, което значително затруднява атакуващите да експлоатират уязвимости, подобни на Spectre.

Как работи изолацията между произходи

Нека разгледаме как COOP и COEP работят заедно, за да постигнат изолация между произходи:

Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)

Хедърът COOP контролира как текущият документ взаимодейства с други документи, които той отваря като изскачащи прозорци или които го отварят като изскачащ прозорец. Той има три възможни стойности:

• unsafe-none: Това е стойността по подразбиране и позволява на документа да бъде отворен от всеки друг документ. Това по същество деактивира COOP защитата.
• same-origin: Тази стойност изолира текущия документ, така че той да може да бъде отварян само от документи от същия произход. Ако документ от друг произход се опита да отвори текущия документ, той ще бъде блокиран.
• same-origin-allow-popups: Тази стойност позволява на документи от същия произход да отварят текущия документ като изскачащ прозорец, но предотвратява това за документи от различни произходи. Това е полезно за сценарии, при които трябва да отваряте изскачащи прозорци от същия произход.

Чрез задаване на COOP на same-origin или same-origin-allow-popups, вие предотвратявате достъпа на документи от различни произходи до обекта на прозореца на вашия уебсайт, което намалява повърхността за атака.

Например, ако вашият уебсайт зададе COOP на same-origin и злонамерен уебсайт се опита да отвори вашия уебсайт в изскачащ прозорец, злонамереният уебсайт няма да има достъп до обекта window на вашия уебсайт или до някое от неговите свойства. Това предотвратява манипулирането на съдържанието на вашия уебсайт или кражбата на чувствителна информация от злонамерения уебсайт.

Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)

Хедърът COEP контролира кои ресурси от друг произход могат да бъдат заредени от текущия документ. Той има три основни стойности:

• unsafe-none: Това е стойността по подразбиране и позволява на документа да зарежда всякакви ресурси от друг произход. Това по същество деактивира COEP защитата.
• require-corp: Тази стойност изисква всички ресурси от друг произход да бъдат изтеглени с активиран CORS, като атрибутът crossorigin трябва да се използва в HTML таговете, които вграждат тези ресурси. Това означава, че сървърът, хостващ ресурса от друг произход, трябва изрично да позволи на вашия уебсайт да зареди ресурса.
• credentialless: Подобно на `require-corp`, но пропуска изпращането на удостоверения (бисквитки, хедъри за оторизация) в заявката. Това е полезно за зареждане на публични ресурси без изтичане на специфична за потребителя информация.

Стойността require-corp е най-сигурната опция и се препоръчва за повечето случаи на употреба. Тя гарантира, че всички ресурси от друг произход са изрично оторизирани да бъдат заредени от вашия уебсайт.

Когато използвате require-corp, трябва да се уверите, че всички ресурси от друг произход, които вашият уебсайт зарежда, се сервират с подходящите CORS хедъри. Това означава, че сървърът, хостващ ресурса, трябва да включи хедъра Access-Control-Allow-Origin в своя отговор, като посочи или произхода на вашия уебсайт, или * (което позволява на всеки произход да зареди ресурса, но като цяло не се препоръчва от съображения за сигурност).

Например, ако вашият уебсайт зарежда изображение от CDN, CDN сървърът трябва да включи хедъра Access-Control-Allow-Origin в своя отговор, посочвайки произхода на вашия уебсайт. Ако CDN сървърът не включва този хедър, изображението няма да бъде заредено и вашият уебсайт ще покаже грешка.

Атрибутът crossorigin се използва в HTML тагове като <img>, <script> и <link>, за да покаже, че ресурсът трябва да бъде изтеглен с активиран CORS. Например:

<img src="https://example.com/image.jpg" crossorigin="anonymous">
<script src="https://example.com/script.js" crossorigin="anonymous">

Стойността anonymous показва, че заявката трябва да се направи без изпращане на удостоверения (напр. бисквитки). Ако трябва да изпратите удостоверения, можете да използвате стойността use-credentials, но също така трябва да се уверите, че сървърът, хостващ ресурса, позволява изпращането на удостоверения, като включи хедъра Access-Control-Allow-Credentials: true в своя отговор.

Прилагане на изолация между произходи

Прилагането на изолация между произходи включва задаване на хедърите COOP и COEP в отговорите на вашия сървър. Конкретният метод за задаване на тези хедъри зависи от вашата сървърна технология.

Примерни реализации

Ето няколко примера как да зададете хедърите COOP и COEP в различни сървърни среди:

Apache

Добавете следните редове към вашия .htaccess файл:

Header set Cross-Origin-Opener-Policy "same-origin"
Header set Cross-Origin-Embedder-Policy "require-corp"

Nginx

Добавете следните редове към вашия Nginx конфигурационен файл:

add_header Cross-Origin-Opener-Policy "same-origin";
add_header Cross-Origin-Embedder-Policy "require-corp";

Node.js (Express)

app.use((req, res, next) => {
  res.setHeader("Cross-Origin-Opener-Policy", "same-origin");
  res.setHeader("Cross-Origin-Embedder-Policy", "require-corp");
  next();
});

Python (Flask)

@app.after_request
def add_security_headers(response):
    response.headers['Cross-Origin-Opener-Policy'] = 'same-origin'
    response.headers['Cross-Origin-Embedder-Policy'] = 'require-corp'
    return response

PHP

header('Cross-Origin-Opener-Policy: same-origin');
header('Cross-Origin-Embedder-Policy: require-corp');

Не забравяйте да адаптирате тези примери към вашата конкретна сървърна среда и конфигурация.

Проверка на изолацията между произходи

След прилагане на изолация между произходи е изключително важно да проверите дали работи правилно. Можете да направите това, като проверите хедърите COOP и COEP в инструментите за разработчици на вашия браузър. Отворете таба Network и инспектирайте хедърите на отговора за основния документ на вашия уебсайт. Трябва да видите хедърите Cross-Origin-Opener-Policy и Cross-Origin-Embedder-Policy със стойностите, които сте конфигурирали.

Можете също да използвате свойството crossOriginIsolated в JavaScript, за да проверите дали вашият уебсайт е изолиран:

if (crossOriginIsolated) {
  console.log("Изолацията между произходи е активирана.");
} else {
  console.warn("Изолацията между произходи НЕ е активирана.");
}

Ако crossOriginIsolated е true, това означава, че изолацията между произходи е активирана и можете безопасно да използвате SharedArrayBuffer.

Отстраняване на често срещани проблеми

Прилагането на изолация между произходи понякога може да бъде предизвикателство, особено ако вашият уебсайт зарежда много ресурси от друг произход. Ето някои често срещани проблеми и как да ги отстраните:

• Ресурси, които не успяват да се заредят: Ако използвате COEP: require-corp, уверете се, че всички ресурси от друг произход се сервират с правилните CORS хедъри (Access-Control-Allow-Origin) и че използвате атрибута crossorigin в HTML таговете, които вграждат тези ресурси.
• Грешки със смесено съдържание: Уверете се, че всички ресурси се зареждат през HTTPS. Смесването на HTTP и HTTPS ресурси може да причини предупреждения за сигурност и да попречи на зареждането на ресурси.
• Проблеми със съвместимостта: По-старите браузъри може да не поддържат COOP и COEP. Обмислете използването на библиотека за откриване на функции или полифил, за да осигурите резервно поведение за по-стари браузъри. Въпреки това, пълните ползи за сигурността се реализират само в поддържащите браузъри.
• Въздействие върху скриптове на трети страни: Някои скриптове на трети страни може да не са съвместими с изолацията между произходи. Тествайте щателно уебсайта си след прилагане на изолация между произходи, за да се уверите, че всички скриптове на трети страни работят правилно. Може да се наложи да се свържете с доставчиците на скриптове на трети страни, за да поискате поддръжка за CORS и COEP.

Алтернативи на SharedArrayBuffer

Въпреки че SharedArrayBuffer предлага значителни предимства в производителността, той не винаги е правилното решение, особено ако се притеснявате от сложността на прилагането на изолация между произходи. Ето някои алтернативи, които да обмислите:

• Предаване на съобщения: Използвайте API-то postMessage, за да изпращате данни между различни контексти на браузъра. Това е по-безопасна алтернатива на SharedArrayBuffer, тъй като не включва директно споделяне на памет. Въпреки това може да бъде по-малко ефективно при прехвърляне на големи обеми данни.
• WebAssembly: WebAssembly (Wasm) е двоичен формат с инструкции, който може да се изпълнява в уеб браузъри. Той предлага производителност, близка до нативната, и може да се използва за изпълнение на изчислително интензивни задачи, без да се разчита на SharedArrayBuffer. Wasm може също да осигури по-сигурна среда за изпълнение от JavaScript.
• Service Workers: Service Workers могат да се използват за изпълнение на фонови задачи и кеширане на данни. Те могат също да се използват за прихващане на мрежови заявки и промяна на отговори. Въпреки че не заместват директно SharedArrayBuffer, те могат да се използват за подобряване на производителността на вашия уебсайт, без да се разчита на споделена памет.

Предимства на изолацията между произходи

Освен че позволява безопасното използване на SharedArrayBuffer, изолацията между произходи предлага няколко други предимства:

• Подобрена сигурност: Смекчава рисковете, свързани с уязвимости, подобни на Spectre, и други атаки, базирани на времето за изпълнение.
• По-добра производителност: Позволява ви да използвате SharedArrayBuffer, за да подобрите производителността на изчислително интензивни задачи.
• Повече контрол върху сигурността на вашия уебсайт: Дава ви повече контрол върху това кои ресурси от друг произход могат да бъдат заредени от вашия уебсайт.
• Подготовка за бъдещето: Тъй като уеб сигурността продължава да се развива, изолацията между произходи осигурява солидна основа за бъдещи подобрения на сигурността.

Заключение

Изолацията между произходи (COOP/COEP) е критична функция за сигурност в съвременната уеб разработка, особено при използване на SharedArrayBuffer. Чрез прилагането на изолация между произходи можете да смекчите рисковете, свързани с уязвимости, подобни на Spectre, и други атаки, базирани на времето за изпълнение, като същевременно се възползвате от предимствата в производителността, предлагани от SharedArrayBuffer. Макар че прилагането може да изисква внимателно обмисляне на зареждането на ресурси от друг произход и потенциални проблеми със съвместимостта, ползите за сигурността и повишаването на производителността си заслужават усилията. С развитието на уеб пространството, възприемането на добри практики за сигурност като изолацията между произходи става все по-важно за защитата на потребителските данни и осигуряването на безопасно и сигурно онлайн преживяване.

Допълнителна информация

• Ръководство за активиране на изолация между произходи
• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) - HTTP | MDN
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) - HTTP | MDN