ウェブセキュリティヘッダーの実装：JavaScriptによるコンテンツセキュリティポリシー（CSP）

今日のデジタル環境において、ウェブセキュリティは最重要です。クロスサイトスクリプティング（XSS）攻撃は、ウェブサイトとそのユーザーにとって依然として重大な脅威です。コンテンツセキュリティポリシー（CSP）は、特定のウェブページに対してブラウザが読み込むことを許可するリソースを制御することで、XSSのリスクを軽減できる強力なウェブセキュリティヘッダーです。この包括的なガイドでは、動的な制御と柔軟性を実現するために、JavaScriptを使用したCSPの実装に焦点を当てます。

コンテンツセキュリティポリシー（CSP）とは？

CSPは、どのコンテンツソースの読み込みが承認されているかをブラウザに伝えるHTTPレスポンスヘッダーです。これはホワイトリストとして機能し、スクリプト、スタイルシート、画像、フォントなどのリソースを読み込むことができるオリジンを定義します。これらのソースを明示的に定義することにより、CSPは攻撃者がXSS脆弱性を介して注入した不正または悪意のあるコンテンツをブラウザが読み込むのを防ぐことができます。

CSPが重要な理由

• XSS攻撃の緩和：CSPは主に、ブラウザがスクリプトを読み込めるソースを制限することでXSS攻撃を防ぐように設計されています。
• 攻撃対象領域の削減：読み込みが許可されるリソースを制御することで、CSPは悪意のある攻撃者が利用できる攻撃対象領域を削減します。
• 追加のセキュリティ層の提供：CSPは、入力検証や出力エンコーディングなどの他のセキュリティ対策を補完し、多層防御のアプローチを提供します。
• ユーザーの信頼向上：CSPを実装することはセキュリティへのコミットメントを示し、ウェブサイトに対するユーザーの信頼と信用を向上させることができます。
• コンプライアンス要件への対応：多くのセキュリティ基準や規制では、ウェブアプリケーションを保護するためにCSPの使用が要求または推奨されています。

CSPディレクティブ：リソース読み込みの制御

CSPディレクティブは、さまざまな種類のリソースに対して許可されるソースを定義するルールです。各ディレクティブは、ブラウザが対応するリソースを読み込むために使用できるソースのセットまたはキーワードを指定します。以下は、最も一般的に使用されるCSPディレクティブの一部です：

• `default-src`：特定のディレクティブが定義されていない場合に、すべてのリソースタイプのデフォルトソースを指定します。
• `script-src`：JavaScriptファイルに許可されるソースを指定します。
• `style-src`：CSSスタイルシートに許可されるソースを指定します。
• `img-src`：画像に許可されるソースを指定します。
• `font-src`：フォントに許可されるソースを指定します。
• `connect-src`：ネットワークリクエスト（例：AJAX、WebSocket）の作成に許可されるソースを指定します。
• `media-src`：メディアファイル（例：オーディオ、ビデオ）に許可されるソースを指定します。
• `object-src`：プラグイン（例：Flash）に許可されるソースを指定します。絶対に必要な場合を除き、これを 'none' に設定するのが一般的に最善です。
• `frame-src`：フレームとiframeに許可されるソースを指定します。
• `base-uri`：ドキュメントに許可されるベースURIを指定します。
• `form-action`：フォームの送信に許可されるURLを指定します。
• `worker-src`：ウェブワーカーと共有ワーカーに許可されるソースを指定します。
• `manifest-src`：アプリケーションマニフェストファイルに許可されるソースを指定します。
• `upgrade-insecure-requests`：安全でない（HTTP）リクエストを安全な（HTTPS）リクエストに自動的にアップグレードするようブラウザに指示します。
• `block-all-mixed-content`：ページがHTTPSで読み込まれたときに、ブラウザがHTTP経由でリソースを読み込むのを防ぎます。
• `report-uri`：ブラウザがCSP違反レポートを送信する先のURLを指定します。（非推奨、`report-to`に置き換えられました）
• `report-to`：`Report-To`ヘッダーで定義されたグループ名を指定し、そこにCSP違反レポートを送信します。これはCSP違反を報告するための推奨されるメカニズムです。

ソース表現

各ディレクティブ内で、許可されたオリジンを指定するためにソース表現を定義できます。ソース表現には次のものが含まれます：

• `*`：任意のソースからのコンテンツを許可します（本番環境では非推奨）。
• `'self'`：ドキュメントと同じオリジン（スキーム、ホスト、ポート）からのコンテンツを許可します。
• `'none'`：どのソースからのコンテンツも許可しません。
• `'unsafe-inline'`：インラインのJavaScriptとCSSを許可します（セキュリティ上の理由から強く非推奨）。
• `'unsafe-eval'`：`eval()`および関連する関数の使用を許可します（セキュリティ上の理由から強く非推奨）。
• `'strict-dynamic'`：動的に作成されたスクリプトが、ポリシーによって既に信頼されているソースから生成された場合に読み込みを許可します。これにはnonceまたはハッシュが必要です。
• `'unsafe-hashes'`：一致するハッシュを持つ特定のインラインイベントハンドラを許可します。正確なハッシュの提供が必要です。
• `data:`：データURIからのリソースの読み込みを許可します（例：埋め込み画像）。注意して使用してください。
• `mediastream:`：`mediastream:` URIをメディアソースとして使用することを許可します。
• URL：特定のURL（例：`https://example.com`、`https://cdn.example.com/script.js`）。

JavaScriptによるCSPの実装：動的アプローチ

CSPは通常、サーバーサイドで`Content-Security-Policy` HTTPヘッダーを設定することで実装されますが、JavaScriptを使用して動的にCSPを管理および設定することもできます。このアプローチは、特にユーザーの役割、アプリケーションの状態、またはその他の動的要因に基づいてリソースの読み込み要件が異なる可能性がある複雑なウェブアプリケーションにおいて、より大きな柔軟性と制御を提供します。

MetaタグによるCSPヘッダーの設定（本番環境では非推奨）

単純なケースやテスト目的の場合、HTMLドキュメントの``タグを使用してCSPを設定できます。ただし、この方法はHTTPヘッダーを設定するよりも安全性が低く、柔軟性も低いため、一般的に本番環境では推奨されません。また、CSPディレクティブの限られたサブセットしかサポートしていません。具体的には、`report-uri`、`report-to`、`sandbox`はmetaタグではサポートされていません。完全を期すためにここに含めていますが、注意して使用してください！

            
<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com; style-src 'self' https://example.com; img-src 'self' data:;">

            

              
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JavaScriptによるNonceの生成

nonce（number used once）は、特定のインラインスクリプトやスタイルをホワイトリストに登録するために使用できる、暗号学的に安全なランダム値です。ブラウザは、CSPヘッダーで指定されたnonceと一致する正しいnonce属性を持つスクリプトまたはスタイルのみを実行または適用します。JavaScriptでnonceを生成することで、リクエストごとに一意のnonceを動的に作成でき、セキュリティが向上します。

            
function generateNonce() {
 const randomBytes = new Uint32Array(8);
 window.crypto.getRandomValues(randomBytes);
 let nonce = '';
 for (let i = 0; i < randomBytes.length; i++) {
 nonce += randomBytes[i].toString(16);
 }
 return nonce;
}

const nonceValue = generateNonce();

// Add the nonce to the script tag
const script = document.createElement('script');
script.src = 'your-script.js';
script.setAttribute('nonce', nonceValue);
document.head.appendChild(script);

// Set the CSP header on the server-side (example for Node.js with Express)
app.use((req, res, next) => {
 res.setHeader(
 'Content-Security-Policy',
 `default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com 'nonce-${nonceValue}'; style-src 'self' https://example.com; img-src 'self' data:;`
 );
 next();
});

            

              
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重要：nonceはサーバーサイドで生成され、クライアントに渡される必要があります。上記のJavaScriptコードは、クライアント側でnonceを生成するためのデモンストレーション目的のものです。その完全性を保証し、攻撃者による操作を防ぐためには、nonceをサーバーサイドで生成することが不可欠です。この例は、Node.js/Expressアプリケーションでnonce値を使用する方法を示しています。

インラインスクリプト用ハッシュの生成

インラインスクリプトをホワイトリストに登録するもう1つのアプローチは、ハッシュを使用することです。ハッシュは、スクリプトコンテンツの暗号学的フィンガープリントです。ブラウザは、そのハッシュがCSPヘッダーで指定されたハッシュと一致する場合にのみスクリプトを実行します。ハッシュは、事前にスクリプトの正確な内容を知る必要があるため、nonceよりも柔軟性が劣ります。ただし、静的なインラインスクリプトをホワイトリストに登録するのに役立ちます。

            
// Example: Calculating SHA256 hash of an inline script
async function generateHash(scriptContent) {
 const encoder = new TextEncoder();
 const data = encoder.encode(scriptContent);
 const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', data);
 const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
 const hashHex = hashArray
 .map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0'))
 .join('');
 return `'sha256-${btoa(String.fromCharCode(...new Uint8Array(await crypto.subtle.digest('SHA-256', new TextEncoder().encode(scriptContent)))))}'`;
}

// Example usage:
const inlineScript = `console.log('Hello, CSP!');`;

generateHash(inlineScript).then(hash => {
 console.log('SHA256 Hash:', hash);
 // Set the CSP header on the server-side
 // Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src 'self' ${hash};
});

            

              
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重要：ハッシュ計算が正しく実行され、CSPヘッダーのハッシュがインラインスクリプトのハッシュと完全に一致することを確認してください。1文字でも異なると、スクリプトはブロックされます。

CSPを使用したスクリプトの動的追加

JavaScriptを使用してDOMにスクリプトを動的に追加する場合、スクリプトがCSPに準拠した方法で読み込まれるようにする必要があります。これには通常、nonceやハッシュを使用するか、信頼できるソースからスクリプトを読み込むことが含まれます。

            
// Example: Dynamically adding a script with a nonce
function addScriptWithNonce(url, nonce) {
 const script = document.createElement('script');
 script.src = url;
 script.setAttribute('nonce', nonce);
 document.head.appendChild(script);
}

const nonceValue = generateNonce();

// Set the CSP header on the server-side
// Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com 'nonce-${nonceValue}';

addScriptWithNonce('https://example.com/dynamic-script.js', nonceValue);

            

              
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CSP違反の報告

潜在的なXSS攻撃やCSPポリシーの誤設定を特定するために、CSP違反を監視することが不可欠です。`report-uri`または`report-to`ディレクティブを使用して、指定したURLに違反を報告するようにCSPを設定できます。

            
// Set the CSP header on the server-side
// Content-Security-Policy: default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com; report-to csp-endpoint;
// Report-To: {"group":"csp-endpoint","max_age":10886400,"endpoints":[{"url":"/csp-report"}]}

// Example Node.js endpoint to receive CSP reports
app.post('/csp-report', (req, res) => {
 console.log('CSP Violation Report:', req.body);
 res.sendStatus(204); // Respond with a 204 No Content status
});

            

              
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ブラウザは、ブロックされたリソース、違反したディレクティブ、ドキュメントURIなどの違反に関する詳細を含むJSONペイロードを送信します。これらのレポートを分析して、セキュリティ問題を特定し、対処することができます。

`report-uri`ディレクティブは非推奨であり、`report-to`が現代的な代替手段であることに注意してください。CSPヘッダーと同様に`Report-To`ヘッダーも設定する必要があります。`Report-To`ヘッダーは、ブラウザにレポートの送信先を伝えます。

レポート専用モードでのCSP

CSPは、リソースをブロックすることなくポリシーをテストおよび改良するために、レポート専用モードで展開できます。レポート専用モードでは、ブラウザは指定されたURLに違反を報告しますが、ポリシーは強制しません。これにより、潜在的な問題を特定し、本番環境で強制する前にポリシーを調整することができます。

            
// Set the Content-Security-Policy-Report-Only header on the server-side
// Content-Security-Policy-Report-Only: default-src 'self'; script-src 'self' https://example.com; report-to csp-endpoint;
// Report-To: {"group":"csp-endpoint","max_age":10886400,"endpoints":[{"url":"/csp-report"}]}

// Example Node.js endpoint to receive CSP reports (same as above)
app.post('/csp-report', (req, res) => {
 console.log('CSP Violation Report:', req.body);
 res.sendStatus(204); // Respond with a 204 No Content status
});

            

              
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CSP実装のベストプラクティス

• 厳格なポリシーから始める：必要なリソースのみを許可する厳格なポリシーから始め、違反レポートに基づいて必要に応じて徐々に緩和します。
• インラインスクリプトとスタイルにはNonceまたはハッシュを使用する：可能な限り`'unsafe-inline'`の使用を避け、特定のインラインスクリプトとスタイルをホワイトリストに登録するためにnonceまたはハッシュを使用します。
• `'unsafe-eval'`を避ける：`eval()`および関連する関数を無効にすると、XSS攻撃のリスクを大幅に削減できます。
• HTTPSを使用する：中間者攻撃から保護し、リソースの完全性を確保するために、常にHTTPSでウェブサイトを提供します。
• `upgrade-insecure-requests`を使用する：このディレクティブは、安全でない（HTTP）リクエストを安全な（HTTPS）リクエストに自動的にアップグレードするようブラウザに指示します。
• `block-all-mixed-content`を使用する：このディレクティブは、ページがHTTPSで読み込まれたときに、ブラウザがHTTP経由でリソースを読み込むのを防ぎます。
• CSP違反を監視する：潜在的なセキュリティ問題を特定し、ポリシーを改良するために、CSP違反レポートを定期的に監視します。
• ポリシーをテストする：本番環境で強制する前に、レポート専用モードでCSPポリシーを徹底的にテストします。
• ポリシーを最新の状態に保つ：アプリケーションとセキュリティ環境の変化を反映させるために、CSPポリシーを定期的に見直し、更新します。
• CSPジェネレーターツールの使用を検討する：特定の要件に基づいてCSPポリシーを生成するのに役立つオンラインツールがいくつかあります。
• ポリシーを文書化する：CSPポリシーと各ディレクティブの背後にある理論的根拠を明確に文書化します。

CSP実装における一般的な課題と解決策

• レガシーコード：インラインスクリプトや`eval()`に依存するレガシーコードを持つアプリケーションにCSPを統合するのは困難な場合があります。これらの依存関係を削除するためにコードを徐々にリファクタリングするか、一時的な解決策としてnonce/ハッシュを使用します。
• サードパーティライブラリ：一部のサードパーティライブラリは、特定のCSP設定を必要とする場合があります。これらのライブラリのドキュメントを参照し、それに応じてポリシーを調整してください。サードパーティリソースの完全性を検証するためにSRI（Subresource Integrity）の使用を検討してください。
• コンテンツデリバリーネットワーク（CDN）：CDNを使用する場合、CDNのURLが`script-src`、`style-src`、およびその他の関連ディレクティブに含まれていることを確認してください。
• 動的コンテンツ：動的に生成されるコンテンツは、CSPで管理するのが難しい場合があります。動的に追加されたスクリプトとスタイルをホワイトリストに登録するためにnonceまたはハッシュを使用します。
• ブラウザの互換性：CSPはほとんどの最新のブラウザでサポートされていますが、一部の古いブラウザではサポートが限られている場合があります。古いブラウザにCSPサポートを提供するために、ポリフィルまたはサーバーサイドのソリューションの使用を検討してください。
• 開発ワークフロー：CSPを開発ワークフローに統合するには、ビルドプロセスとデプロイ手順の変更が必要になる場合があります。一貫性を確保し、エラーのリスクを減らすために、CSPヘッダーの生成とデプロイを自動化します。

CSP実装に関するグローバルな視点

ウェブセキュリティの重要性は世界中で認識されており、CSPはさまざまな地域や文化圏でXSSリスクを軽減するための貴重なツールです。ただし、CSPを実装するための特定の課題や考慮事項は、文脈によって異なる場合があります。

• データプライバシー規制：欧州連合（GDPR）のような厳格なデータプライバシー規制がある地域では、CSPを実装することで、ユーザーデータの保護とデータ侵害の防止へのコミットメントを示すのに役立ちます。
• モバイルファースト開発：モバイルデバイスの普及が進むにつれて、モバイルパフォーマンスのためにCSPを最適化することが不可欠です。許可されるソースの数を最小限に抑え、効率的なキャッシング戦略を使用してネットワークの遅延を削減します。
• ローカリゼーション：複数の言語をサポートするウェブサイトを開発する場合、CSPポリシーが各言語で使用されるさまざまな文字セットやエンコーディングスキームと互換性があることを確認してください。
• アクセシビリティ：CSPポリシーが、スクリーンリーダーのスクリプトや支援技術のスタイルシートなど、アクセシビリティに不可欠なリソースを誤ってブロックしないようにしてください。
• グローバルCDN：CDNを使用してコンテンツをグローバルに配信する場合、強力なセキュリティ実績を持ち、HTTPSサポートやDDoS保護などの機能を提供するCDNを選択してください。

結論

コンテンツセキュリティポリシー（CSP）は、XSS攻撃のリスクを大幅に削減できる強力なウェブセキュリティヘッダーです。JavaScriptを使用してCSPを実装することで、ウェブアプリケーションの特定の要件を満たすようにセキュリティポリシーを動的に管理および設定できます。このガイドで概説したベストプラクティスに従い、CSP違反を継続的に監視することで、ウェブサイトのセキュリティと信頼性を高め、ユーザーを悪意のある攻撃から保護することができます。今日の進化し続ける脅威の状況において、CSPによる積極的なセキュリティ体制の採用は不可欠です。