オリジン間分離：JavaScript SharedArrayBufferのセキュリティ保護

絶えず進化するウェブ開発の世界において、セキュリティは依然として最重要課題です。JavaScriptにおけるSharedArrayBufferのような強力な機能の導入は、パフォーマンスを大幅に向上させましたが、同時に新たな潜在的セキュリティ脆弱性の道を開きました。これらのリスクを軽減するために、オリジン間分離（COOP/COEP）の概念が導入されました。この記事では、オリジン間分離の複雑さ、SharedArrayBufferとの関係、セキュリティへの影響、そしてウェブアプリケーションで効果的に実装する方法について詳しく解説します。

SharedArrayBufferを理解する

SharedArrayBufferは、複数のエージェント（例：Web Workerや異なるブラウザコンテキスト）が同じメモリにアクセスし、変更することを可能にするJavaScriptオブジェクトです。これにより、効率的なデータ共有と並列処理が実現でき、画像処理、動画のエンコード/デコード、ゲーム開発のような計算量の多いタスクに特に役立ちます。

例えば、ブラウザで実行される動画編集アプリケーションを想像してみてください。SharedArrayBufferを使用すると、メインスレッドと複数のWeb Workerが動画の異なるフレームに同時に取り組むことができ、処理時間を大幅に短縮できます。

しかし、異なるオリジン（ドメイン）間でメモリを共有する機能は、潜在的なセキュリティリスクをもたらします。主な懸念は、Spectreのようなタイミング攻撃の悪用です。

Spectreの脆弱性とその影響

Spectreは、現代のプロセッサに影響を与える投機的実行の脆弱性の一種です。これらの脆弱性により、悪意のあるコードが、プロセッサのキャッシュに保存されている機密情報など、アクセスすべきでないデータにアクセスできる可能性があります。

ウェブブラウザの文脈では、Spectreは悪意のあるJavaScriptコードによって悪用され、他のウェブサイトやブラウザ自体からデータが漏洩する可能性があります。適切に分離されていない場合、SharedArrayBufferは操作のタイミングを正確に測定するために使用される可能性があり、Spectreのような脆弱性を悪用しやすくします。攻撃者は、SharedArrayBufferと相互作用するJavaScriptコードを慎重に作成し、タイミングの違いを観察することで、プロセッサのキャッシュの内容を推測し、機密情報を抽出できる可能性があります。

ユーザーがSpectreを悪用するように設計されたJavaScriptコードを実行する悪意のあるウェブサイトを訪問するシナリオを考えてみましょう。オリジン間分離がなければ、このコードは、ユーザーが同じブラウザセッションで訪問した他のウェブサイト（銀行の明細や個人情報など）からデータを読み取る可能性があります。

オリジン間分離（COOP/COEP）による解決策

オリジン間分離は、SharedArrayBufferやSpectreのような脆弱性に関連するリスクを軽減するセキュリティ機能です。これは、異なるウェブサイトやブラウザコンテキスト間に、より厳格なセキュリティ境界を作成し、悪意のあるコードが機密データにアクセスするのを防ぎます。

オリジン間分離は、2つのHTTPレスポンスヘッダーを設定することによって実現されます：

• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP): このヘッダーは、どのドキュメントが現在のドキュメントをポップアップとして開くことができるかを制御します。これをsame-originまたはsame-origin-allow-popupsに設定すると、現在のオリジンが他のオリジンから分離されます。
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP): このヘッダーは、ドキュメントが明示的に読み込み許可を与えていないクロスオリジンリソースを読み込むことを防ぎます。これをrequire-corpに設定すると、すべてのクロスオリジンリソースがCORS（オリジン間リソース共有）を有効にしてフェッチされ、それらのリソースを埋め込むHTMLタグでcrossorigin属性を使用する必要があることが強制されます。

これらのヘッダーを設定することで、ウェブサイトを他のウェブサイトから効果的に分離し、攻撃者がSpectreのような脆弱性を悪用するのを著しく困難にします。

オリジン間分離の仕組み

COOPとCOEPがどのように連携してオリジン間分離を実現するのかを詳しく見ていきましょう：

Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)

COOPヘッダーは、現在のドキュメントがポップアップとして開く他のドキュメントや、現在のドキュメントをポップアップとして開く他のドキュメントとどのように相互作用するかを制御します。これには3つの可能な値があります：

• unsafe-none: これはデフォルト値で、ドキュメントが他のどのドキュメントからでも開かれることを許可します。これは実質的にCOOP保護を無効にします。
• same-origin: この値は、現在のドキュメントを同じオリジンのドキュメントからのみ開かれるように分離します。異なるオリジンのドキュメントが現在のドキュメントを開こうとすると、ブロックされます。
• same-origin-allow-popups: この値は、同じオリジンのドキュメントが現在のドキュメントをポップアップとして開くことを許可しますが、異なるオリジンのドキュメントがそうすることを防ぎます。これは、同じオリジンからポップアップを開く必要があるシナリオで役立ちます。

COOPをsame-originまたはsame-origin-allow-popupsに設定することで、異なるオリジンのドキュメントがあなたのウェブサイトのwindowオブジェクトにアクセスするのを防ぎ、攻撃対象領域を減らします。

例えば、あなたのウェブサイトがCOOPをsame-originに設定していて、悪意のあるウェブサイトがあなたのウェブサイトをポップアップで開こうとした場合、その悪意のあるウェブサイトはあなたのウェブサイトのwindowオブジェクトやそのプロパティにアクセスすることはできません。これにより、悪意のあるウェブサイトがあなたのウェブサイトのコンテンツを操作したり、機密情報を盗んだりするのを防ぎます。

Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)

COEPヘッダーは、現在のドキュメントによってどのクロスオリジンリソースが読み込まれるかを制御します。これには主に3つの値があります：

• unsafe-none: これはデフォルト値で、ドキュメントが任意のクロスオリジンリソースを読み込むことを許可します。これは実質的にCOEP保護を無効にします。
• require-corp: この値は、すべてのクロスオリジンリソースがCORSを有効にしてフェッチされ、それらのリソースを埋め込むHTMLタグでcrossorigin属性を使用する必要があることを要求します。これは、クロスオリジンリソースをホストしているサーバーが、あなたのウェブサイトがそのリソースを読み込むことを明示的に許可する必要があることを意味します。
• credentialless: `require-corp`と似ていますが、リクエストで認証情報（クッキー、認証ヘッダー）を送信しません。これは、ユーザー固有の情報を漏洩させることなく公開リソースを読み込むのに役立ちます。

require-corp値が最も安全なオプションであり、ほとんどのユースケースで推奨されます。これにより、すべてのクロスオリジンリソースがあなたのウェブサイトによる読み込みを明示的に承認されることが保証されます。

require-corpを使用する場合、あなたのウェブサイトが読み込むすべてのクロスオリジンリソースが適切なCORSヘッダーで提供されていることを確認する必要があります。これは、リソースをホストしているサーバーが、レスポンスにAccess-Control-Allow-Originヘッダーを含め、あなたのウェブサイトのオリジンまたは*（どのオリジンからの読み込みも許可しますが、セキュリティ上の理由から一般的には推奨されません）を指定する必要があることを意味します。

例えば、あなたのウェブサイトがCDNから画像を読み込む場合、CDNサーバーはレスポンスにAccess-Control-Allow-Originヘッダーを含め、あなたのウェブサイトのオリジンを指定する必要があります。CDNサーバーがこのヘッダーを含まない場合、画像は読み込まれず、ウェブサイトにエラーが表示されます。

crossorigin属性は、<img>、<script>、<link>などのHTMLタグで使用され、リソースがCORSを有効にしてフェッチされるべきであることを示します。例えば：

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

anonymous値は、リクエストが認証情報（例：クッキー）を送信せずに行われるべきであることを示します。認証情報を送信する必要がある場合は、use-credentials値を使用できますが、その場合はリソースをホストしているサーバーがレスポンスにAccess-Control-Allow-Credentials: trueヘッダーを含めることで認証情報の送信を許可していることを確認する必要もあります。

オリジン間分離の実装

オリジン間分離の実装には、サーバーのレスポンスにCOOPおよびCOEPヘッダーを設定することが含まれます。これらのヘッダーを設定する具体的な方法は、使用しているサーバー技術によって異なります。

実装例

以下に、異なるサーバー環境でCOOPおよびCOEPヘッダーを設定する方法の例をいくつか示します：

Apache

.htaccessファイルに以下の行を追加します：

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

Nginx

Nginx設定ファイルに以下の行を追加します：

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');

これらの例を、ご自身の特定のサーバー環境と設定に合わせて調整することを忘れないでください。

オリジン間分離の検証

オリジン間分離を実装した後は、それが正しく機能していることを検証することが重要です。これは、ブラウザの開発者ツールでCOOPおよびCOEPヘッダーを確認することで行えます。ネットワークタブを開き、ウェブサイトのメインドキュメントのレスポンスヘッダーを調べます。設定した値を持つCross-Origin-Opener-PolicyおよびCross-Origin-Embedder-Policyヘッダーが表示されるはずです。

また、JavaScriptのcrossOriginIsolatedプロパティを使用して、ウェブサイトがオリジン間分離されているかどうかを確認することもできます：

if (crossOriginIsolated) {
  console.log("オリジン間分離は有効です。");
} else {
  console.warn("オリジン間分離は有効ではありません。");
}

crossOriginIsolatedがtrueであれば、オリジン間分離が有効であり、SharedArrayBufferを安全に使用できることを意味します。

一般的な問題のトラブルシューティング

オリジン間分離の実装は、特にウェブサイトが多くのクロスオリジンリソースを読み込む場合に、困難なことがあります。以下に、一般的な問題とそのトラブルシューティング方法をいくつか示します：

• リソースの読み込み失敗: COEP: require-corpを使用している場合、すべてのクロスオリジンリソースが正しいCORSヘッダー（Access-Control-Allow-Origin）で提供されており、それらのリソースを埋め込むHTMLタグでcrossorigin属性を使用していることを確認してください。
• 混合コンテンツエラー: すべてのリソースがHTTPS経由で読み込まれていることを確認してください。HTTPとHTTPSのリソースを混在させると、セキュリティ警告が表示されたり、リソースの読み込みが妨げられたりする可能性があります。
• 互換性の問題: 古いブラウザはCOOPとCOEPをサポートしていない場合があります。古いブラウザ向けのフォールバック動作を提供するために、機能検出ライブラリやポリフィルの使用を検討してください。ただし、完全なセキュリティ上の利点は、サポートしているブラウザでのみ実現されます。
• サードパーティ製スクリプトへの影響: 一部のサードパーティ製スクリプトは、オリジン間分離と互換性がない場合があります。オリジン間分離を実装した後は、ウェブサイトを徹底的にテストし、すべてのサードパーティ製スクリプトが正しく機能することを確認してください。CORSおよびCOEPのサポートを依頼するために、サードパーティのスクリプトプロバイダーに連絡する必要があるかもしれません。

SharedArrayBufferの代替案

SharedArrayBufferは大きなパフォーマンス上の利点を提供しますが、特にオリジン間分離の実装の複雑さを懸念している場合は、常に最適な解決策とは限りません。以下に、検討すべき代替案をいくつか示します：

• メッセージパッシング: postMessage APIを使用して、異なるブラウザコンテキスト間でデータを送信します。これは、メモリを直接共有しないため、SharedArrayBufferよりも安全な代替案です。ただし、大量のデータ転送には効率が劣る場合があります。
• WebAssembly: WebAssembly (Wasm)は、ウェブブラウザで実行できるバイナリ命令形式です。ネイティブに近いパフォーマンスを提供し、SharedArrayBufferに頼らずに計算量の多いタスクを実行するために使用できます。Wasmはまた、JavaScriptよりも安全な実行環境を提供することもできます。
• Service Worker: Service Workerは、バックグラウンドタスクの実行やデータのキャッシュに使用できます。また、ネットワークリクエストを傍受してレスポンスを変更するためにも使用できます。これらはSharedArrayBufferを直接置き換えるものではありませんが、共有メモリに頼らずにウェブサイトのパフォーマンスを向上させるために使用できます。

オリジン間分離のメリット

SharedArrayBufferの安全な使用を可能にすることに加えて、オリジン間分離は他にもいくつかの利点を提供します：

• セキュリティの強化: Spectreのような脆弱性やその他のタイミング攻撃に関連するリスクを軽減します。
• パフォーマンスの向上: SharedArrayBufferを使用して、計算量の多いタスクのパフォーマンスを向上させることができます。
• ウェブサイトのセキュリティ体制に対するより多くの制御: どのクロスオリジンリソースがウェブサイトによって読み込まれるかをより詳細に制御できます。
• 将来への備え: ウェブセキュリティが進化し続ける中で、オリジン間分離は将来のセキュリティ強化のための強固な基盤を提供します。

結論

オリジン間分離（COOP/COEP）は、特にSharedArrayBufferを使用する場合において、現代のウェブ開発にとって極めて重要なセキュリティ機能です。オリジン間分離を実装することで、Spectreのような脆弱性やその他のタイミング攻撃に関連するリスクを軽減しつつ、SharedArrayBufferが提供するパフォーマンス上の利点を活用できます。実装にはクロスオリジンリソースの読み込みや潜在的な互換性の問題について慎重な検討が必要かもしれませんが、そのセキュリティ上の利点とパフォーマンスの向上は、その労力に見合う価値があります。ウェブが進化するにつれて、オリジン間分離のようなセキュリティのベストプラクティスを取り入れることは、ユーザーデータを保護し、安全で安心なオンライン体験を確保するためにますます重要になります。

参考文献

• オリジン間分離を有効にするためのガイド
• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) - HTTP | MDN
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) - HTTP | MDN