Ізоляція між джерелами: Захист SharedArrayBuffer в JavaScript

У світі веб-розробки, що постійно розвивається, безпека залишається першочерговим завданням. Впровадження потужних функцій, таких як SharedArrayBuffer в JavaScript, принесло значні покращення продуктивності, але водночас відкрило нові шляхи для потенційних вразливостей безпеки. Для зменшення цих ризиків була запроваджена концепція ізоляції між джерелами (Cross-Origin Isolation, COOP/COEP). Ця стаття детально розглядає особливості ізоляції між джерелами, її зв'язок із SharedArrayBuffer, наслідки для безпеки та способи її ефективного впровадження у ваших веб-додатках.

Що таке SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer — це об'єкт JavaScript, який дозволяє кільком агентам (наприклад, Web Workers або різним контекстам браузера) отримувати доступ та змінювати одну й ту саму область пам'яті. Це уможливлює ефективний обмін даними та паралельну обробку, що особливо корисно для обчислювально інтенсивних завдань, таких як обробка зображень, кодування/декодування відео та розробка ігор.

Наприклад, уявіть собі програму для редагування відео, що працює в браузері. Використовуючи SharedArrayBuffer, основний потік і кілька Web Workers можуть одночасно працювати над різними кадрами відео, значно скорочуючи час обробки.

Однак можливість спільного використання пам'яті між різними джерелами (доменами) створює потенційні ризики для безпеки. Основною проблемою є використання атак за часом (timing attacks), таких як Spectre.

Вразливість Spectre та її вплив

Spectre — це клас вразливостей спекулятивного виконання, які вражають сучасні процесори. Ці вразливості дозволяють зловмисному коду потенційно отримувати доступ до даних, до яких він не повинен мати доступу, включаючи конфіденційну інформацію, що зберігається в кеші процесора.

У контексті веб-браузерів Spectre може бути використаний зловмисним кодом JavaScript для витоку даних з інших веб-сайтів або навіть із самого браузера. SharedArrayBuffer, якщо він не ізольований належним чином, може використовуватися для точного вимірювання часу операцій, що полегшує експлуатацію вразливостей типу Spectre. Ретельно створюючи код JavaScript, який взаємодіє з SharedArrayBuffer, і спостерігаючи за різницею в часі, зловмисник може потенційно визначити вміст кешу процесора та витягти конфіденційну інформацію.

Розглянемо сценарій, коли користувач відвідує зловмисний веб-сайт, який виконує код JavaScript, призначений для експлуатації Spectre. Без ізоляції між джерелами цей код потенційно може зчитувати дані з інших веб-сайтів, які користувач відвідував у тій же сесії браузера, наприклад, банківські реквізити або особисту інформацію.

Ізоляція між джерелами (COOP/COEP) на порятунок

Ізоляція між джерелами — це функція безпеки, яка зменшує ризики, пов'язані з SharedArrayBuffer та вразливостями типу Spectre. Вона фактично створює суворішу межу безпеки між різними веб-сайтами та контекстами браузера, запобігаючи доступу зловмисного коду до конфіденційних даних.

Ізоляція між джерелами досягається шляхом встановлення двох HTTP-заголовків відповіді:

• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP): Цей заголовок контролює, які інші документи можуть відкривати поточний документ як спливаюче вікно. Встановлення значення same-origin або same-origin-allow-popups ізолює поточне джерело від інших джерел.
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP): Цей заголовок забороняє документу завантажувати ресурси з інших джерел, які явно не надали документу дозвіл на їх завантаження. Встановлення значення require-corp вимагає, щоб усі ресурси з інших джерел завантажувалися з увімкненим CORS (Cross-Origin Resource Sharing), а атрибут crossorigin використовувався в HTML-тегах, які вбудовують ці ресурси.

Встановлюючи ці заголовки, ви ефективно ізолюєте свій веб-сайт від інших, що значно ускладнює зловмисникам експлуатацію вразливостей типу Spectre.

Як працює ізоляція між джерелами

Розглянемо, як COOP та COEP працюють разом для досягнення ізоляції між джерелами:

Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)

Заголовок COOP контролює, як поточний документ взаємодіє з іншими документами, які він відкриває як спливаючі вікна або які відкривають його як спливаюче вікно. Він має три можливі значення:

• unsafe-none: Це значення за замовчуванням, яке дозволяє відкривати документ будь-яким іншим документом. По суті, це вимикає захист COOP.
• same-origin: Це значення ізолює поточний документ, дозволяючи його відкривати лише документам з того самого джерела. Якщо документ з іншого джерела спробує відкрити поточний документ, він буде заблокований.
• same-origin-allow-popups: Це значення дозволяє документам з того самого джерела відкривати поточний документ як спливаюче вікно, але забороняє це робити документам з інших джерел. Це корисно для сценаріїв, де вам потрібно відкривати спливаючі вікна з того самого джерела.

Встановлюючи COOP у same-origin або same-origin-allow-popups, ви забороняєте документам з інших джерел доступ до об'єкта window вашого веб-сайту, що зменшує поверхню атаки.

Наприклад, якщо ваш веб-сайт встановлює COOP у same-origin, і зловмисний веб-сайт намагається відкрити ваш сайт у спливаючому вікні, зловмисний сайт не зможе отримати доступ до об'єкта window вашого сайту або будь-яких його властивостей. Це запобігає маніпулюванню вмістом вашого сайту або крадіжці конфіденційної інформації зловмисним сайтом.

Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)

Заголовок COEP контролює, які ресурси з інших джерел можуть бути завантажені поточним документом. Він має три основні значення:

• unsafe-none: Це значення за замовчуванням, яке дозволяє документу завантажувати будь-які ресурси з інших джерел. По суті, це вимикає захист COEP.
• require-corp: Це значення вимагає, щоб усі ресурси з інших джерел завантажувалися з увімкненим CORS, а атрибут crossorigin використовувався в HTML-тегах, які вбудовують ці ресурси. Це означає, що сервер, на якому розміщено ресурс, повинен явно дозволити вашому веб-сайту завантажувати цей ресурс.
• credentialless: Подібно до `require-corp`, але не надсилає облікові дані (cookie, заголовки авторизації) у запиті. Це корисно для завантаження публічних ресурсів без витоку специфічної для користувача інформації.

Значення require-corp є найбезпечнішим варіантом і рекомендується для більшості випадків використання. Воно гарантує, що всі ресурси з інших джерел явно авторизовані для завантаження вашим веб-сайтом.

При використанні require-corp необхідно переконатися, що всі ресурси з інших джерел, які завантажує ваш веб-сайт, обслуговуються з відповідними заголовками CORS. Це означає, що сервер, на якому розміщено ресурс, повинен включати заголовок Access-Control-Allow-Origin у свою відповідь, вказуючи або походження вашого веб-сайту, або * (що дозволяє будь-якому джерелу завантажувати ресурс, але зазвичай не рекомендується з міркувань безпеки).

Наприклад, якщо ваш веб-сайт завантажує зображення з CDN, сервер CDN повинен включити заголовок Access-Control-Allow-Origin у свою відповідь, вказавши походження вашого веб-сайту. Якщо сервер CDN не включить цей заголовок, зображення не буде завантажено, і ваш веб-сайт відобразить помилку.

Атрибут crossorigin використовується в HTML-тегах, таких як <img>, <script> та <link>, щоб вказати, що ресурс слід завантажувати з увімкненим CORS. Наприклад:

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

Значення anonymous вказує, що запит слід робити без надсилання облікових даних (наприклад, cookie). Якщо вам потрібно надсилати облікові дані, ви можете використовувати значення use-credentials, але ви також повинні переконатися, що сервер, на якому розміщено ресурс, дозволяє надсилати облікові дані, включивши у свою відповідь заголовок Access-Control-Allow-Credentials: true.

Впровадження ізоляції між джерелами

Впровадження ізоляції між джерелами передбачає встановлення заголовків COOP та COEP у відповідях вашого сервера. Конкретний метод встановлення цих заголовків залежить від технології вашого сервера.

Приклади впровадження

Ось кілька прикладів того, як встановити заголовки COOP та COEP у різних серверних середовищах:

Apache

Додайте наступні рядки до вашого файлу .htaccess:

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

Nginx

Додайте наступні рядки до вашого конфігураційного файлу Nginx:

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 забудьте адаптувати ці приклади до вашого конкретного серверного середовища та конфігурації.

Перевірка ізоляції між джерелами

Після впровадження ізоляції між джерелами важливо перевірити, чи вона працює правильно. Ви можете зробити це, перевіривши заголовки COOP та COEP в інструментах розробника вашого браузера. Відкрийте вкладку "Network" (Мережа) та перевірте заголовки відповіді для основного документа вашого веб-сайту. Ви повинні побачити заголовки Cross-Origin-Opener-Policy та Cross-Origin-Embedder-Policy зі значеннями, які ви налаштували.

Ви також можете використовувати властивість crossOriginIsolated в JavaScript, щоб перевірити, чи ізольований ваш веб-сайт між джерелами:

if (crossOriginIsolated) {
  console.log("Ізоляція між джерелами увімкнена.");
} else {
  console.warn("Ізоляція між джерелами НЕ увімкнена.");
}

Якщо crossOriginIsolated дорівнює true, це означає, що ізоляція між джерелами увімкнена, і ви можете безпечно використовувати SharedArrayBuffer.

Вирішення поширених проблем

Впровадження ізоляції між джерелами іноді може бути складним, особливо якщо ваш веб-сайт завантажує багато ресурсів з інших джерел. Ось деякі поширені проблеми та способи їх вирішення:

• Ресурси не завантажуються: Якщо ви використовуєте COEP: require-corp, переконайтеся, що всі ресурси з інших джерел обслуговуються з правильними заголовками CORS (Access-Control-Allow-Origin) і що ви використовуєте атрибут crossorigin в HTML-тегах, які вбудовують ці ресурси.
• Помилки змішаного вмісту: Переконайтеся, що всі ресурси завантажуються через HTTPS. Змішування ресурсів HTTP та HTTPS може викликати попередження безпеки та перешкоджати завантаженню ресурсів.
• Проблеми сумісності: Старіші браузери можуть не підтримувати COOP та COEP. Розгляньте можливість використання бібліотеки для визначення функцій або поліфілу для забезпечення резервної поведінки для старих браузерів. Однак повні переваги безпеки реалізуються лише в браузерах, що їх підтримують.
• Вплив на сторонні скрипти: Деякі сторонні скрипти можуть бути несумісними з ізоляцією між джерелами. Ретельно протестуйте свій веб-сайт після впровадження ізоляції, щоб переконатися, що всі сторонні скрипти працюють правильно. Можливо, вам доведеться звернутися до постачальників сторонніх скриптів з проханням підтримати CORS та COEP.

Альтернативи SharedArrayBuffer

Хоча SharedArrayBuffer пропонує значні переваги у продуктивності, це не завжди найкраще рішення, особливо якщо вас турбує складність впровадження ізоляції між джерелами. Ось деякі альтернативи, які варто розглянути:

• Передача повідомлень: Використовуйте API postMessage для надсилання даних між різними контекстами браузера. Це безпечніша альтернатива SharedArrayBuffer, оскільки вона не передбачає прямого спільного використання пам'яті. Однак це може бути менш ефективним для передачі великих обсягів даних.
• WebAssembly: WebAssembly (Wasm) — це бінарний формат інструкцій, який може виконуватися у веб-браузерах. Він пропонує продуктивність, близьку до нативної, і може використовуватися для виконання обчислювально інтенсивних завдань без використання SharedArrayBuffer. Wasm також може забезпечити більш безпечне середовище виконання, ніж JavaScript.
• Service Workers: Service Workers можна використовувати для виконання фонових завдань та кешування даних. Вони також можуть перехоплювати мережеві запити та змінювати відповіді. Хоча вони не замінюють SharedArrayBuffer безпосередньо, їх можна використовувати для покращення продуктивності вашого веб-сайту без залежності від спільної пам'яті.

Переваги ізоляції між джерелами

Окрім забезпечення безпечного використання SharedArrayBuffer, ізоляція між джерелами пропонує кілька інших переваг:

• Посилена безпека: Вона зменшує ризики, пов'язані з вразливостями типу Spectre та іншими атаками за часом.
• Покращена продуктивність: Вона дозволяє використовувати SharedArrayBuffer для підвищення продуктивності обчислювально інтенсивних завдань.
• Більше контролю над станом безпеки вашого веб-сайту: Вона дає вам більше контролю над тим, які ресурси з інших джерел можуть бути завантажені вашим веб-сайтом.
• Запас на майбутнє: Оскільки веб-безпека продовжує розвиватися, ізоляція між джерелами забезпечує міцну основу для майбутніх покращень безпеки.

Висновок

Ізоляція між джерелами (COOP/COEP) є критично важливою функцією безпеки для сучасної веб-розробки, особливо при використанні SharedArrayBuffer. Впроваджуючи ізоляцію між джерелами, ви можете зменшити ризики, пов'язані з вразливостями типу Spectre та іншими атаками за часом, водночас користуючись перевагами продуктивності, які пропонує SharedArrayBuffer. Хоча впровадження може вимагати ретельного розгляду завантаження ресурсів з інших джерел та потенційних проблем сумісності, переваги у безпеці та продуктивності варті цих зусиль. У міру розвитку вебу, застосування найкращих практик безпеки, таких як ізоляція між джерелами, стає все більш важливим для захисту даних користувачів та забезпечення безпечного онлайн-досвіду.

Додаткові матеріали

• Посібник з увімкнення ізоляції між джерелами
• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) - HTTP | MDN
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) - HTTP | MDN