Sécurité de la plateforme web : Comprendre le sandboxing JavaScript et les contextes d'exécution

Dans le paysage en constante évolution du développement web, la sécurité n'est pas une simple considération secondaire ; c'est un pilier fondamental sur lequel reposent des applications fiables et résilientes. Au cœur de la sécurité web se trouve l'interaction complexe de la manière dont le code JavaScript est exécuté et contenu. Cet article explore deux concepts fondamentaux : le sandboxing JavaScript et les contextes d'exécution. Comprendre ces mécanismes est crucial pour tout développeur visant à créer des applications web sécurisées et pour appréhender le modèle de sécurité inhérent des navigateurs web.

Le web moderne est un environnement dynamique où du code de diverses sources – votre propre application, des bibliothèques tierces et même des entrées utilisateur non fiables – converge au sein du navigateur. Sans mécanismes robustes pour contrôler et isoler ce code, le potentiel d'activités malveillantes, de violations de données et de compromission du système serait immense. Le sandboxing JavaScript et le concept de contextes d'exécution sont les principales défenses qui préviennent de tels scénarios.

Les fondations : JavaScript et son environnement d'exécution

Avant de nous plonger dans le sandboxing et les contextes, il est essentiel de saisir le modèle d'exécution de base de JavaScript dans un navigateur web. JavaScript, étant un langage de script côté client, s'exécute dans le navigateur de l'utilisateur. Cet environnement, souvent appelé le bac à sable du navigateur (browser sandbox), est conçu pour limiter les actions qu'un script peut effectuer, protégeant ainsi le système et les données de l'utilisateur.

Lorsqu'une page web est chargée, le moteur JavaScript du navigateur (comme V8 pour Chrome, SpiderMonkey pour Firefox ou JavaScriptCore pour Safari) analyse et exécute le code JavaScript qui y est intégré. Cette exécution ne se produit pas dans le vide ; elle a lieu au sein d'un contexte d'exécution spécifique.

Qu'est-ce qu'un contexte d'exécution ?

Un contexte d'exécution est un concept abstrait représentant l'environnement dans lequel le code JavaScript est évalué et exécuté. C'est le cadre qui contient des informations sur la portée actuelle, les variables, les objets et la valeur du mot-clé `this`. Lorsque le moteur JavaScript rencontre un script, il crée un contexte d'exécution pour celui-ci.

Types de contextes d'exécution :

• Contexte d'exécution global (GEC) : C'est le contexte par défaut créé lorsque le moteur JavaScript démarre. Dans un environnement de navigateur, l'objet global est l'objet window. Tout code qui n'est pas à l'intérieur d'une fonction ou d'une portée de bloc est exécuté dans le GEC.
• Contexte d'exécution de fonction (FEC) : Un nouveau FEC est créé chaque fois qu'une fonction est appelée. Chaque appel de fonction obtient son propre contexte d'exécution unique, qui inclut ses propres variables, arguments et sa propre chaîne de portées. Ce contexte est détruit une fois que la fonction a terminé son exécution et retourne une valeur.
• Contexte d'exécution d'Eval : Le code exécuté au sein d'une fonction eval() crée son propre contexte d'exécution. Cependant, l'utilisation de eval() est généralement déconseillée en raison des risques de sécurité et des implications sur les performances.

La pile d'exécution :

JavaScript utilise une pile d'appels (call stack) pour gérer les contextes d'exécution. La pile est une structure de données de type Dernier Entré, Premier Sorti (LIFO). Lorsque le moteur démarre, il pousse le GEC sur la pile. Lorsqu'une fonction est appelée, son FEC est poussé au sommet de la pile. Lorsqu'une fonction retourne, son FEC est retiré de la pile. Ce mécanisme garantit que le code en cours d'exécution est toujours au sommet de la pile.

Exemple :

            // Le contexte d'exécution global (GEC) est créé en premier
let globalVariable = 'Je suis globale';

function outerFunction() {
  // Le FEC de outerFunction est empilé sur la pile
  let outerVariable = 'Je suis dans outer';

  function innerFunction() {
    // Le FEC de innerFunction est empilé sur la pile
    let innerVariable = 'Je suis dans inner';
    console.log(globalVariable + ', ' + outerVariable + ', ' + innerVariable);
  }

  innerFunction(); // Le FEC de innerFunction est créé et empilé
  // Le FEC de innerFunction est dépilé lorsqu'elle retourne
}

outerFunction(); // Le FEC de outerFunction est empilé sur la pile
// Le FEC de outerFunction est dépilé lorsqu'elle retourne
// Le GEC reste jusqu'à la fin du script

            

              
                Copy
              
            
          

Dans cet exemple, lorsque outerFunction est appelée, son contexte est placé au-dessus du contexte global. Lorsque innerFunction est appelée à l'intérieur de outerFunction, son contexte est placé au-dessus du contexte de outerFunction. L'exécution se poursuit à partir du sommet de la pile.

La nécessité du sandboxing

Alors que les contextes d'exécution définissent comment le code JavaScript s'exécute, le sandboxing est le mécanisme qui restreint ce que ce code peut faire. Un bac à sable (sandbox) est un mécanisme de sécurité qui isole le code en cours d'exécution, offrant un environnement sécurisé et contrôlé. Dans le contexte des navigateurs web, le sandbox empêche JavaScript d'accéder ou d'interférer avec :

• Le système d'exploitation de l'utilisateur.
• Les fichiers système sensibles.
• D'autres onglets ou fenêtres du navigateur appartenant à des origines différentes (un principe fondamental de la politique de même origine).
• D'autres processus s'exécutant sur la machine de l'utilisateur.

Imaginez un scénario où un site web malveillant injecte du JavaScript qui tente de lire vos fichiers locaux ou d'envoyer vos informations personnelles à un attaquant. Sans un bac à sable, ce serait une menace importante. Le bac à sable du navigateur agit comme une barrière protectrice, garantissant que les scripts ne peuvent interagir qu'avec la page web spécifique à laquelle ils sont associés et dans des limites prédéfinies.

Composants principaux du bac à sable du navigateur :

Le bac à sable du navigateur n'est pas une entité unique mais un système complexe de contrôles. Les éléments clés incluent :

• La politique de même origine (Same-Origin Policy - SOP) : C'est peut-être le mécanisme de sécurité le plus fondamental. Il empêche les scripts d'une origine (définie par le protocole, le domaine et le port) d'accéder ou de manipuler des données d'une autre origine. Par exemple, un script sur http://example.com ne peut pas lire directement le contenu de http://another-site.com, même s'il se trouve sur la même machine. Cela limite considérablement l'impact des attaques de cross-site scripting (XSS).
• Séparation des privilèges : Les navigateurs modernes emploient la séparation des privilèges. Différents processus du navigateur s'exécutent avec différents niveaux de privilèges. Par exemple, le processus de rendu (qui gère l'exécution HTML, CSS et JavaScript pour une page web) a beaucoup moins de privilèges que le processus principal du navigateur. Si un processus de rendu est compromis, les dommages sont contenus dans ce processus.
• Content Security Policy (CSP) : La CSP est une norme de sécurité qui permet aux administrateurs de sites web de contrôler quelles ressources (scripts, feuilles de style, images, etc.) peuvent être chargées ou exécutées par le navigateur. En spécifiant des sources de confiance, la CSP aide à atténuer les attaques XSS en empêchant l'exécution de scripts malveillants injectés depuis des emplacements non fiables.
• Politique de même origine pour le DOM : Bien que la SOP s'applique principalement aux requêtes réseau, elle régit également l'accès au DOM. Les scripts ne peuvent interagir qu'avec les éléments DOM de leur propre origine.

Comment le sandboxing et les contextes d'exécution fonctionnent ensemble

Les contextes d'exécution fournissent le cadre pour l'exécution du code, définissant sa portée et la liaison de `this`. Le sandboxing fournit les frontières de sécurité à l'intérieur desquelles ces contextes d'exécution opèrent. Le contexte d'exécution d'un script dicte ce à quoi il peut accéder dans sa portée autorisée, tandis que le bac à sable dicte si et dans quelle mesure il peut accéder au système plus large et à d'autres origines.

Considérez une page web typique exécutant du JavaScript. Le code JavaScript s'exécute dans son ou ses contextes d'exécution respectifs. Cependant, ce contexte est intrinsèquement lié au bac à sable du navigateur. Toute tentative par le code JavaScript d'effectuer une action – comme faire une requête réseau, accéder au stockage local ou manipuler le DOM – est d'abord vérifiée par rapport aux règles du bac à sable. Si l'action est autorisée (par exemple, accéder au stockage local de la même origine, faire une requête vers sa propre origine), elle se poursuit. Si l'action est restreinte (par exemple, essayer de lire un fichier sur le disque dur de l'utilisateur, accéder aux cookies d'un autre onglet), le navigateur la bloquera.

Techniques de sandboxing avancées

Au-delà du bac à sable inhérent au navigateur, les développeurs emploient des techniques spécifiques pour isoler davantage le code et renforcer la sécurité :

1. Iframes avec l'attribut `sandbox` :

L'élément HTML <iframe> est un outil puissant pour intégrer du contenu provenant d'autres sources. Lorsqu'il est utilisé avec l'attribut sandbox, il crée un environnement très restrictif pour le document intégré. L'attribut sandbox peut prendre des valeurs qui assouplissent ou restreignent davantage les autorisations :

• `sandbox` (sans valeur) : Désactive presque tous les privilèges, y compris l'exécution de scripts, la soumission de formulaires, les popups et les liens externes.
• `allow-scripts` : Permet l'exécution de scripts.
• `allow-same-origin` : Permet au document d'être traité comme provenant de son origine d'origine. À utiliser avec une extrême prudence !
• `allow-forms` : Permet la soumission de formulaires.
• `allow-popups` : Permet les popups et la navigation de niveau supérieur.
• `allow-top-navigation` : Permet la navigation de niveau supérieur.
• `allow-downloads` : Permet aux téléchargements de se poursuivre sans interaction de l'utilisateur.

Exemple :

            <iframe src="contenu-non-fiable.html" sandbox="allow-scripts allow-same-origin"></iframe>

            

              
                Copy
              
            
          

Cette iframe exécutera des scripts et pourra accéder à sa propre origine (si elle en a une). Cependant, sans attributs `allow-*` supplémentaires, elle ne peut pas, par exemple, ouvrir de nouvelles fenêtres ou soumettre des formulaires. C'est inestimable pour afficher en toute sécurité du contenu généré par l'utilisateur ou des widgets tiers.

2. Web Workers :

Les Web Workers sont des scripts JavaScript qui s'exécutent en arrière-plan, séparément du thread principal du navigateur. Cette séparation est une forme de sandboxing : les Web Workers n'ont pas d'accès direct au DOM et ne peuvent communiquer avec le thread principal que par passage de messages. Cela les empêche de manipuler directement l'interface utilisateur, ce qui est un vecteur d'attaque courant pour le XSS.

Avantages :

• Performance : Déléguez les calculs lourds au thread du worker sans geler l'interface utilisateur.
• Sécurité : Isole les tâches d'arrière-plan potentiellement risquées ou complexes.

Exemple (Thread principal) :

            // Créer un nouveau worker
const myWorker = new Worker('worker.js');

// Envoyer un message au worker
myWorker.postMessage('Démarrer le calcul');

// Écouter les messages du worker
myWorker.onmessage = function(e) {
  console.log('Message du worker :', e.data);
};

            

              
                Copy
              
            
          

Exemple (worker.js) :

            // Écouter les messages du thread principal
self.onmessage = function(e) {
  console.log('Message du thread principal :', e.data);
  // Effectuer un calcul lourd
  const result = performComplexCalculation();
  // Renvoyer le résultat au thread principal
  self.postMessage(result);
};

function performComplexCalculation() {
  // ... imaginez une logique complexe ici ...
  return 'Calcul terminé';
}

            

              
                Copy
              
            
          

Le mot-clé `self` dans le script du worker fait référence à la portée globale du worker, et non à l'objet `window` du thread principal. Cette isolation est la clé de son modèle de sécurité.

3. Service Workers :

Les Service Workers sont un type de Web Worker qui agit comme un serveur proxy entre le navigateur et le réseau. Ils peuvent intercepter les requêtes réseau, gérer la mise en cache et permettre des fonctionnalités hors ligne. Fait crucial, les Service Workers s'exécutent sur un thread séparé et n'ont pas accès au DOM, ce qui en fait un moyen sécurisé de gérer les opérations au niveau du réseau et les tâches d'arrière-plan.

Leur puissance réside dans leur capacité à contrôler les requêtes réseau, ce qui peut être exploité pour la sécurité en contrôlant le chargement des ressources et en empêchant les requêtes malveillantes. Cependant, leur capacité à intercepter et modifier les requêtes réseau signifie également qu'ils doivent être enregistrés et gérés avec soin pour éviter d'introduire de nouvelles vulnérabilités.

4. Shadow DOM et Web Components :

Bien que ce ne soit pas du sandboxing direct au même titre que les iframes ou les workers, les Web Components, en particulier avec le Shadow DOM, offrent une forme d'encapsulation. Le Shadow DOM crée un arbre DOM caché et délimité attaché à un élément. Les styles et les scripts à l'intérieur du Shadow DOM sont isolés du document principal, empêchant les collisions de style et la manipulation incontrôlée du DOM par des scripts externes.

Cette encapsulation est vitale pour construire des composants d'interface utilisateur réutilisables qui peuvent être intégrés dans n'importe quelle application sans crainte d'interférence ou d'être interférés. Elle crée un environnement contenu pour la logique et la présentation des composants.

Contextes d'exécution et implications pour la sécurité

Comprendre les contextes d'exécution est également primordial pour la sécurité, en particulier lorsqu'on traite de la portée des variables, des fermetures (closures) et du mot-clé `this`. Une mauvaise gestion peut entraîner des effets secondaires involontaires ou des vulnérabilités.

Fermetures et fuites de variables :

Les fermetures (closures) sont une fonctionnalité puissante où une fonction interne a accès à la portée de la fonction externe, même après que la fonction externe a terminé. Bien qu'incroyablement utiles pour la confidentialité des données et la modularité, si elles ne sont pas gérées avec soin, elles peuvent exposer par inadvertance des variables sensibles ou créer des fuites de mémoire.

Exemple de problème potentiel :

            function createSecureCounter() {
  let count = 0;
  // Cette fonction interne forme une fermeture sur 'count'
  return function() {
    count++;
    console.log(count);
    return count;
  };
}

const counter = createSecureCounter();
counter(); // 1
counter(); // 2

// Problème : Si 'count' était accidentellement exposé ou si la fermeture
// elle-même avait une faille, des données sensibles pourraient être compromises.
// Dans cet exemple spécifique, 'count' est bien encapsulé.
// Cependant, imaginez un scénario où un attaquant pourrait manipuler
// l'accès de la fermeture à d'autres variables sensibles.

            

              
                Copy
              
            
          

Le mot-clé `this` :

Le comportement du mot-clé `this` peut être déroutant et, s'il n'est pas géré correctement, peut entraîner des problèmes de sécurité, en particulier dans les gestionnaires d'événements ou le code asynchrone.

• En mode non strict dans la portée globale, `this` fait référence à `window`.
• En mode strict dans la portée globale, `this` est `undefined`.
• À l'intérieur des fonctions, `this` dépend de la manière dont la fonction est appelée.

Une liaison incorrecte de `this` peut amener un script à accéder ou à modifier des variables ou des objets globaux non intentionnels, pouvant potentiellement conduire à du cross-site scripting (XSS) ou à d'autres attaques par injection.

Exemple :

            // Sans 'use strict';
function displayUserInfo() {
  console.log(this.userName);
}

// Si appelé sans contexte, en mode non strict, 'this' pourrait pointer par défaut vers window
// et potentiellement exposer des variables globales ou causer un comportement inattendu.

// Utiliser .bind() ou les fonctions fléchées aide à maintenir un contexte 'this' prévisible :
const user = { userName: 'Alice' };

const boundDisplay = displayUserInfo.bind(user);
boundDisplay(); // 'Alice'

// Les fonctions fléchées héritent de 'this' de la portée environnante :
const anotherUser = { userName: 'Bob' };
const arrowDisplay = () => {
  console.log(this.userName); // 'this' proviendra de la portée extérieure où arrowDisplay est définie.
};

// Si arrowDisplay est définie dans la portée globale (non-strict), 'this' serait 'window'.
// Si définie dans une méthode d'objet, 'this' ferait référence à cet objet.

            

              
                Copy
              
            
          

Pollution de l'objet global :

Un risque de sécurité important est la pollution de l'objet global, où des scripts créent ou écrasent par inadvertance des variables globales. Cela peut être exploité par des scripts malveillants pour manipuler la logique de l'application ou injecter du code nuisible. Une encapsulation appropriée et l'évitement de la surutilisation des variables globales sont des défenses clés.

Les pratiques JavaScript modernes, telles que l'utilisation de `let` et `const` pour la portée de bloc des variables et les modules (ES Modules), réduisent considérablement la surface d'attaque pour la pollution globale par rapport à l'ancien mot-clé `var` et à la concaténation de scripts traditionnelle.

Meilleures pratiques pour un développement sécurisé

Pour tirer parti des avantages de sécurité du sandboxing et des contextes d'exécution bien gérés, les développeurs devraient adopter les pratiques suivantes :

1. Adopter la politique de même origine :

Respectez toujours la SOP. Concevez vos applications de manière à ce que les données et les fonctionnalités soient correctement isolées en fonction de l'origine. Ne communiquez entre les origines que lorsque c'est absolument nécessaire et utilisez des méthodes sécurisées comme `postMessage` pour la communication entre fenêtres.

2. Utiliser le sandboxing des `iframe` pour le contenu non fiable :

Lorsque vous intégrez du contenu de tiers ou du contenu généré par l'utilisateur auquel vous ne pouvez pas entièrement faire confiance, utilisez toujours l'attribut `sandbox` sur les éléments `