跨域隔离：保障 JavaScript SharedArrayBuffer 的安全

在不断发展的 Web 开发领域，安全始终是首要问题。像 SharedArrayBuffer 这样强大的功能的引入，在带来显著性能提升的同时，也为潜在的安全漏洞开辟了新的途径。为了缓解这些风险，跨域隔离 (COOP/COEP) 的概念应运而生。本文将深入探讨跨域隔离的复杂性、其与 SharedArrayBuffer 的关系、安全影响以及如何在您的 Web 应用中有效实施它。

了解 SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer 是一个 JavaScript 对象，它允许多个代理（例如，Web Workers 或不同的浏览器上下文）访问和修改同一块内存。这实现了高效的数据共享和并行处理，对于计算密集型任务（如图像处理、视频编解码和游戏开发）尤其有用。

例如，想象一个在浏览器中运行的视频编辑应用。使用 SharedArrayBuffer，主线程和多个 Web Workers 可以同时处理视频的不同帧，从而显著减少处理时间。

然而，跨源（域）共享内存的能力带来了潜在的安全风险。主要担忧是利用诸如 Spectre 之类的计时攻击。

Spectre 漏洞及其影响

Spectre 是一类影响现代处理器的推测执行漏洞。这些漏洞允许恶意代码潜在地访问其本不应访问的数据，包括存储在处理器缓存中的敏感信息。

在 Web 浏览器的背景下，恶意 JavaScript 代码可以利用 Spectre 来泄露来自其他网站甚至浏览器本身的数据。当没有被正确隔离时，SharedArrayBuffer 可用于精确测量操作的计时，从而更容易利用类似 Spectre 的漏洞。通过精心制作与 SharedArrayBuffer 交互的 JavaScript 代码并观察计时差异，攻击者可能推断出处理器缓存的内容并提取敏感信息。

设想一个场景，用户访问了一个运行旨在利用 Spectre 的 JavaScript 代码的恶意网站。如果没有跨域隔离，这段代码可能会读取用户在同一浏览器会话中访问过的其他网站的数据，例如银行详细信息或个人信息。

跨域隔离 (COOP/COEP)：解决方案

跨域隔离是一种安全功能，可以缓解与 SharedArrayBuffer 和类似 Spectre 的漏洞相关的风险。它在不同网站和浏览器上下文之间创建了一个更严格的安全边界，防止恶意代码访问敏感数据。

跨域隔离是通过设置两个 HTTP 响应头来实现的：

• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)：此头控制哪些其他文档可以作为弹出窗口打开当前文档。将其设置为 same-origin 或 same-origin-allow-popups 会将当前源与其他源隔离。
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)：此头阻止文档加载未明确授予其加载权限的跨域资源。将其设置为 require-corp 会强制所有跨域资源必须通过启用 CORS（跨域资源共享）来获取，并且必须在嵌入这些资源的 HTML 标签上使用 crossorigin 属性。

通过设置这些头，您可以有效地将您的网站与其他网站隔离，从而使攻击者利用类似 Spectre 的漏洞变得更加困难。

跨域隔离的工作原理

让我们来分解一下 COOP 和 COEP 是如何协同工作以实现跨域隔离的：

Cross-Origin-Opener-Policy (COOP)

COOP 头控制当前文档如何与其作为弹出窗口打开的其他文档或将其作为弹出窗口打开的其他文档进行交互。它有三个可能的值：

• unsafe-none：这是默认值，允许任何其他文档打开该文档。这基本上禁用了 COOP 保护。
• same-origin：此值将当前文档隔离，使其只能由同源文档打开。如果不同源的文档尝试打开当前文档，它将被阻止。
• same-origin-allow-popups：此值允许同源文档将当前文档作为弹出窗口打开，但阻止不同源的文档这样做。这对于需要从同源打开弹出窗口的场景很有用。

通过将 COOP 设置为 same-origin 或 same-origin-allow-popups，您可以阻止来自不同源的文档访问您网站的窗口对象，从而减少攻击面。

例如，如果您的网站将 COOP 设置为 same-origin，而一个恶意网站试图在弹出窗口中打开您的网站，那么该恶意网站将无法访问您网站的 window 对象或其任何属性。这可以防止恶意网站操纵您网站的内容或窃取敏感信息。

Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP)

COEP 头控制当前文档可以加载哪些跨域资源。它有三个主要值：

• unsafe-none：这是默认值，允许文档加载任何跨域资源。这基本上禁用了 COEP 保护。
• require-corp：此值要求所有跨域资源必须通过启用 CORS 来获取，并且必须在嵌入这些资源的 HTML 标签上使用 crossorigin 属性。这意味着托管跨域资源的服务器必须明确允许您的网站加载该资源。
• credentialless：与 `require-corp` 类似，但在请求中省略发送凭据（cookie、授权头）。这对于加载公共资源而不泄露用户特定信息很有用。

require-corp 值是最安全的选择，推荐在大多数用例中使用。它确保所有跨域资源都经过明确授权才能被您的网站加载。

使用 require-corp 时，您需要确保您网站加载的所有跨域资源都配置了正确的 CORS 头。这意味着托管资源的服务器必须在其响应中包含 Access-Control-Allow-Origin 头，并指定您网站的源或 *（允许任何源加载资源，但出于安全原因通常不推荐）。

例如，如果您的网站从 CDN 加载一张图片，CDN 服务器必须在其响应中包含 Access-Control-Allow-Origin 头，并指定您网站的源。如果 CDN 服务器不包含此头，图片将无法加载，您的网站将显示错误。

crossorigin 属性用于 <img>、<script> 和 <link> 等 HTML 标签上，以指示应启用 CORS 来获取资源。例如：

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

anonymous 值表示请求应在不发送凭据（例如 cookie）的情况下发出。如果您需要发送凭据，可以使用 use-credentials 值，但您还需要确保托管资源的服务器通过在其响应中包含 Access-Control-Allow-Credentials: true 头来允许发送凭据。

实现跨域隔离

实现跨域隔离需要在您服务器的响应中设置 COOP 和 COEP 头。设置这些头的具体方法取决于您的服务器技术。

实现示例

以下是在不同服务器环境中设置 COOP 和 COEP 头的示例：

Apache

将以下行添加到您的 .htaccess 文件中：

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

Nginx

将以下行添加到您的 Nginx 配置文件中：

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');

请记住根据您的具体服务器环境和配置调整这些示例。

验证跨域隔离

实现跨域隔离后，验证其是否正常工作至关重要。您可以通过在浏览器的开发者工具中检查 COOP 和 COEP 头来做到这一点。打开“网络”选项卡并检查您网站主文档的响应头。您应该能看到 Cross-Origin-Opener-Policy 和 Cross-Origin-Embedder-Policy 头以及您配置的值。

您还可以使用 JavaScript 中的 crossOriginIsolated 属性来检查您的网站是否已实现跨域隔离：

if (crossOriginIsolated) {
  console.log("跨域隔离已启用。");
} else {
  console.warn("跨域隔离未启用。");
}

如果 crossOriginIsolated 为 true，则表示跨域隔离已启用，您可以安全地使用 SharedArrayBuffer。

常见问题排查

实现跨域隔离有时可能具有挑战性，特别是当您的网站加载大量跨域资源时。以下是一些常见问题及其排查方法：

• 资源加载失败：如果您使用 COEP: require-corp，请确保所有跨域资源都配置了正确的 CORS 头 (Access-Control-Allow-Origin)，并且在嵌入这些资源的 HTML 标签上使用了 crossorigin 属性。
• 混合内容错误：确保所有资源都通过 HTTPS 加载。混合使用 HTTP 和 HTTPS 资源可能会导致安全警告并阻止资源加载。
• 兼容性问题：旧版浏览器可能不支持 COOP 和 COEP。考虑使用功能检测库或 polyfill 为旧版浏览器提供回退行为。然而，只有在支持的浏览器中才能实现全部安全优势。
• 对第三方脚本的影响：某些第三方脚本可能与跨域隔离不兼容。实施跨域隔离后，请彻底测试您的网站，以确保所有第三方脚本都能正常工作。您可能需要联系第三方脚本提供商，请求他们支持 CORS 和 COEP。

SharedArrayBuffer 的替代方案

虽然 SharedArrayBuffer 提供了显著的性能优势，但它并非总是最佳解决方案，特别是当您担心实施跨域隔离的复杂性时。以下是一些可以考虑的替代方案：

• 消息传递：使用 postMessage API 在不同的浏览器上下文之间发送数据。这是 SharedArrayBuffer 的一个更安全的替代方案，因为它不涉及直接共享内存。但是，对于大数据传输，它的效率可能较低。
• WebAssembly：WebAssembly (Wasm) 是一种可以在 Web 浏览器中执行的二进制指令格式。它提供接近原生的性能，可用于执行计算密集型任务而无需依赖 SharedArrayBuffer。Wasm 还可以提供比 JavaScript 更安全的执行环境。
• Service Workers：Service Workers 可用于执行后台任务和缓存数据。它们还可用于拦截网络请求和修改响应。虽然它们不能直接替代 SharedArrayBuffer，但可用于在不依赖共享内存的情况下提高网站性能。

跨域隔离的优势

除了能够安全地使用 SharedArrayBuffer 之外，跨域隔离还提供了其他几个好处：

• 增强的安全性：它缓解了与类似 Spectre 的漏洞和其他计时攻击相关的风险。
• 提升的性能：它允许您使用 SharedArrayBuffer 来提高计算密集型任务的性能。
• 对网站安全状况的更多控制：它让您能更好地控制您的网站可以加载哪些跨域资源。
• 面向未来：随着 Web 安全的不断发展，跨域隔离为未来的安全增强功能提供了坚实的基础。

结论

跨域隔离 (COOP/COEP) 是现代 Web 开发的一项关键安全功能，尤其是在使用 SharedArrayBuffer 时。通过实施跨域隔离，您可以缓解与类似 Spectre 的漏洞和其他计时攻击相关的风险，同时仍能利用 SharedArrayBuffer 带来的性能优势。虽然实施过程可能需要仔细考虑跨域资源加载和潜在的兼容性问题，但其安全优势和性能提升是值得的。随着 Web 的发展，采用像跨域隔离这样的安全最佳实践对于保护用户数据和确保安全可靠的在线体验变得越来越重要。

进一步阅读

• 启用跨域隔离指南
• Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) - HTTP | MDN
• Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) - HTTP | MDN