Cross-Origin-isolering: Säkra JavaScript SharedArrayBuffer

I den ständigt föränderliga världen av webbutveckling förblir säkerhet en ytterst viktig fråga. Införandet av kraftfulla funktioner som SharedArrayBuffer i JavaScript medförde betydande prestandaförbättringar men öppnade också upp för nya potentiella säkerhetssårbarheter. För att mildra dessa risker introducerades konceptet Cross-Origin-isolering (COOP/COEP). Denna artikel djupdyker i komplexiteten hos Cross-Origin-isolering, dess förhållande till SharedArrayBuffer, säkerhetskonsekvenserna och hur man implementerar det effektivt i sina webbapplikationer.

Förstå SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer är ett JavaScript-objekt som tillåter flera agenter (t.ex. Web Workers eller olika webbläsarkontexter) att komma åt och modifiera samma minne. Detta möjliggör effektiv datadelning och parallell bearbetning, vilket är särskilt användbart för beräkningsintensiva uppgifter som bildbehandling, video-kodning/avkodning och spelutveckling.

Föreställ dig till exempel en videoredigeringsapplikation som körs i webbläsaren. Med hjälp av SharedArrayBuffer kan huvudtråden och flera Web Workers arbeta samtidigt på olika bildrutor i videon, vilket avsevärt minskar bearbetningstiden.

Möjligheten att dela minne över olika ursprung (domäner) introducerar dock potentiella säkerhetsrisker. Det primära bekymret är utnyttjandet av tidsattacker, såsom Spectre.

Spectre-sårbarheten och dess inverkan

Spectre är en klass av sårbarheter relaterade till spekulativ exekvering som påverkar moderna processorer. Dessa sårbarheter tillåter skadlig kod att potentiellt komma åt data som den inte borde ha tillgång till, inklusive känslig information som lagras i processorns cache.

I samband med webbläsare kan Spectre utnyttjas av skadlig JavaScript-kod för att läcka data från andra webbplatser eller till och med från webbläsaren själv. SharedArrayBuffer, när den inte är korrekt isolerad, kan användas för att exakt mäta tidpunkten för operationer, vilket gör det lättare att utnyttja Spectre-liknande sårbarheter. Genom att noggrant skapa JavaScript-kod som interagerar med SharedArrayBuffer och observera tidsskillnaderna, skulle en angripare potentiellt kunna härleda innehållet i processorns cache och extrahera känslig information.

Tänk dig ett scenario där en användare besöker en skadlig webbplats som kör JavaScript-kod utformad för att utnyttja Spectre. Utan Cross-Origin-isolering skulle denna kod potentiellt kunna läsa data från andra webbplatser som användaren har besökt i samma webbläsarsession, såsom bankuppgifter eller personlig information.

Cross-Origin-isolering (COOP/COEP) till undsättning

Cross-Origin-isolering är en säkerhetsfunktion som minskar riskerna förknippade med SharedArrayBuffer och Spectre-liknande sårbarheter. Det skapar i huvudsak en striktare säkerhetsgräns mellan olika webbplatser och webbläsarkontexter, vilket förhindrar skadlig kod från att komma åt känslig data.

Cross-Origin-isolering uppnås genom att sätta två HTTP-svarshuvuden:

• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP): Detta huvud kontrollerar vilka andra dokument som kan öppna det aktuella dokumentet som ett popup-fönster. Att ställa in det på same-origin eller same-origin-allow-popups isolerar det nuvarande ursprunget från andra ursprung.
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP): Detta huvud förhindrar ett dokument från att ladda resurser från andra ursprung som inte uttryckligen ger dokumentet tillåtelse att ladda dem. Att ställa in det på require-corp tvingar fram att alla resurser från andra ursprung måste hämtas med CORS (Cross-Origin Resource Sharing) aktiverat, och crossorigin-attributet måste användas på de HTML-taggar som bäddar in dessa resurser.

Genom att sätta dessa huvuden isolerar du effektivt din webbplats från andra webbplatser, vilket gör det betydligt svårare för angripare att utnyttja Spectre-liknande sårbarheter.

Hur Cross-Origin-isolering fungerar

Låt oss bryta ner hur COOP och COEP arbetar tillsammans för att uppnå Cross-Origin-isolering:

Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)

COOP-huvudet kontrollerar hur det aktuella dokumentet interagerar med andra dokument som det öppnar som popup-fönster eller som öppnar det som ett popup-fönster. Det har tre möjliga värden:

• unsafe-none: Detta är standardvärdet och tillåter att dokumentet öppnas av vilket annat dokument som helst. Detta inaktiverar i praktiken COOP-skyddet.
• same-origin: Detta värde isolerar det aktuella dokumentet så att det endast kan öppnas av dokument från samma ursprung. Om ett dokument från ett annat ursprung försöker öppna det aktuella dokumentet kommer det att blockeras.
• same-origin-allow-popups: Detta värde tillåter dokument från samma ursprung att öppna det aktuella dokumentet som ett popup-fönster, men förhindrar dokument från andra ursprung från att göra det. Detta är användbart för scenarier där du behöver öppna popup-fönster från samma ursprung.

Genom att ställa in COOP på same-origin eller same-origin-allow-popups förhindrar du att dokument från andra ursprung får tillgång till din webbplats fönsterobjekt, vilket minskar attackytan.

Till exempel, om din webbplats sätter COOP till same-origin, och en skadlig webbplats försöker öppna din webbplats i ett popup-fönster, kommer den skadliga webbplatsen inte att kunna komma åt din webbplats window-objekt eller några av dess egenskaper. Detta förhindrar den skadliga webbplatsen från att manipulera din webbplats innehåll eller stjäla känslig information.

Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)

COEP-huvudet kontrollerar vilka resurser från andra ursprung som kan laddas av det aktuella dokumentet. Det har tre huvudsakliga värden:

• unsafe-none: Detta är standardvärdet och tillåter dokumentet att ladda vilken resurs som helst från ett annat ursprung. Detta inaktiverar i praktiken COEP-skyddet.
• require-corp: Detta värde kräver att alla resurser från andra ursprung måste hämtas med CORS aktiverat, och crossorigin-attributet måste användas på de HTML-taggar som bäddar in dessa resurser. Detta innebär att servern som hostar resursen från ett annat ursprung uttryckligen måste tillåta din webbplats att ladda resursen.
• credentialless: Liknar `require-corp`, men utelämnar sändning av autentiseringsuppgifter (cookies, auktoriseringsrubriker) i förfrågan. Detta är användbart för att ladda offentliga resurser utan att läcka användarspecifik information.

Värdet require-corp är det säkraste alternativet och rekommenderas för de flesta användningsfall. Det säkerställer att alla resurser från andra ursprung är uttryckligen auktoriserade att laddas av din webbplats.

När du använder require-corp måste du säkerställa att alla resurser från andra ursprung som din webbplats laddar serveras med lämpliga CORS-huvuden. Det innebär att servern som hostar resursen måste inkludera Access-Control-Allow-Origin-huvudet i sitt svar, och ange antingen din webbplats ursprung eller * (vilket tillåter vilket ursprung som helst att ladda resursen, men rekommenderas generellt inte av säkerhetsskäl).

Till exempel, om din webbplats laddar en bild från ett CDN, måste CDN-servern inkludera Access-Control-Allow-Origin-huvudet i sitt svar och specificera din webbplats ursprung. Om CDN-servern inte inkluderar detta huvud kommer bilden inte att laddas, och din webbplats kommer att visa ett fel.

crossorigin-attributet används på HTML-taggar som <img>, <script> och <link> för att indikera att resursen ska hämtas med CORS aktiverat. Till exempel:

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

Värdet anonymous indikerar att förfrågan ska göras utan att skicka med autentiseringsuppgifter (t.ex. cookies). Om du behöver skicka med autentiseringsuppgifter kan du använda värdet use-credentials, men du måste också säkerställa att servern som hostar resursen tillåter att autentiseringsuppgifter skickas genom att inkludera Access-Control-Allow-Credentials: true-huvudet i sitt svar.

Implementera Cross-Origin-isolering

Att implementera Cross-Origin-isolering innebär att sätta COOP- och COEP-huvudena på din servers svar. Den specifika metoden för att sätta dessa huvuden beror på din serverteknik.

Exempel på implementationer

Här är några exempel på hur man sätter COOP- och COEP-huvudena i olika servermiljöer:

Apache

Lägg till följande rader i din .htaccess-fil:

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

Nginx

Lägg till följande rader i din Nginx-konfigurationsfil:

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');

Kom ihåg att anpassa dessa exempel till din specifika servermiljö och konfiguration.

Verifiera Cross-Origin-isolering

Efter att ha implementerat Cross-Origin-isolering är det avgörande att verifiera att det fungerar korrekt. Du kan göra detta genom att kontrollera COOP- och COEP-huvudena i din webbläsares utvecklarverktyg. Öppna fliken Nätverk (Network) och inspektera svarshuvudena för din webbplats huvuddokument. Du bör se Cross-Origin-Opener-Policy och Cross-Origin-Embedder-Policy-huvudena med de värden du konfigurerat.

Du kan också använda egenskapen crossOriginIsolated i JavaScript för att kontrollera om din webbplats är Cross-Origin-isolerad:

if (crossOriginIsolated) {
  console.log("Cross-Origin-isolering är aktiverad.");
} else {
  console.warn("Cross-Origin-isolering är INTE aktiverad.");
}

Om crossOriginIsolated är true, betyder det att Cross-Origin-isolering är aktiverad, och du kan säkert använda SharedArrayBuffer.

Felsökning av vanliga problem

Att implementera Cross-Origin-isolering kan ibland vara utmanande, särskilt om din webbplats laddar många resurser från andra ursprung. Här är några vanliga problem och hur man felsöker dem:

• Resurser som inte laddas: Om du använder COEP: require-corp, se till att alla resurser från andra ursprung serveras med korrekta CORS-huvuden (Access-Control-Allow-Origin) och att du använder crossorigin-attributet på de HTML-taggar som bäddar in dessa resurser.
• Mixed content-fel: Se till att alla resurser laddas över HTTPS. Att blanda HTTP- och HTTPS-resurser kan orsaka säkerhetsvarningar och förhindra att resurser laddas.
• Kompatibilitetsproblem: Äldre webbläsare kanske inte stöder COOP och COEP. Överväg att använda ett bibliotek för funktionsdetektering eller en polyfill för att erbjuda reservbeteende för äldre webbläsare. De fulla säkerhetsfördelarna uppnås dock endast i webbläsare som har stöd.
• Inverkan på tredjepartsskript: Vissa tredjepartsskript kanske inte är kompatibla med Cross-Origin-isolering. Testa din webbplats noggrant efter att ha implementerat Cross-Origin-isolering för att säkerställa att alla tredjepartsskript fungerar korrekt. Du kan behöva kontakta leverantörerna av tredjepartsskript för att begära stöd för CORS och COEP.

Alternativ till SharedArrayBuffer

Även om SharedArrayBuffer erbjuder betydande prestandafördelar, är det inte alltid den rätta lösningen, särskilt om du är orolig för komplexiteten i att implementera Cross-Origin-isolering. Här är några alternativ att överväga:

• Meddelandesändning: Använd postMessage-API:et för att skicka data mellan olika webbläsarkontexter. Detta är ett säkrare alternativ till SharedArrayBuffer, eftersom det inte innebär att man delar minne direkt. Det kan dock vara mindre effektivt för stora dataöverföringar.
• WebAssembly: WebAssembly (Wasm) är ett binärt instruktionsformat som kan exekveras i webbläsare. Det erbjuder nästan-nativ prestanda och kan användas för att utföra beräkningsintensiva uppgifter utan att förlita sig på SharedArrayBuffer. Wasm kan också erbjuda en säkrare exekveringsmiljö än JavaScript.
• Service Workers: Service Workers kan användas för att utföra bakgrundsuppgifter och cache-lagra data. De kan också användas för att fånga upp nätverksförfrågningar och ändra svar. Även om de inte direkt ersätter SharedArrayBuffer, kan de användas för att förbättra prestandan på din webbplats utan att förlita sig på delat minne.

Fördelar med Cross-Origin-isolering

Förutom att möjliggöra säker användning av SharedArrayBuffer, erbjuder Cross-Origin-isolering flera andra fördelar:

• Förbättrad säkerhet: Det minskar riskerna förknippade med Spectre-liknande sårbarheter och andra tidsattacker.
• Förbättrad prestanda: Det låter dig använda SharedArrayBuffer för att förbättra prestandan för beräkningsintensiva uppgifter.
• Mer kontroll över din webbplats säkerhetsposition: Det ger dig mer kontroll över vilka resurser från andra ursprung som kan laddas av din webbplats.
• Framtidssäkring: I takt med att webbsäkerheten fortsätter att utvecklas, ger Cross-Origin-isolering en solid grund för framtida säkerhetsförbättringar.

Slutsats

Cross-Origin-isolering (COOP/COEP) är en kritisk säkerhetsfunktion för modern webbutveckling, särskilt vid användning av SharedArrayBuffer. Genom att implementera Cross-Origin-isolering kan du mildra riskerna förknippade med Spectre-liknande sårbarheter och andra tidsattacker, samtidigt som du utnyttjar prestandafördelarna som SharedArrayBuffer erbjuder. Även om implementeringen kan kräva noggrant övervägande av laddning av resurser från andra ursprung och potentiella kompatibilitetsproblem, är säkerhetsfördelarna och prestandavinsterna väl värda ansträngningen. I takt med att webben utvecklas blir det allt viktigare att anamma säkerhetsmässiga bästa praxis som Cross-Origin-isolering för att skydda användardata och säkerställa en trygg och säker online-upplevelse.

Vidare läsning

• En guide för att aktivera cross-origin-isolering
• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) - HTTP | MDN
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) - HTTP | MDN