如何干掉恶心的 SQL 注入？

探头的新芽

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2022-02-20

简介

文章主要内容包括：

  • Java 持久层技术/框架简单介绍

  • 不同场景/框架下易导致 SQL 注入的写法

  • 如何避免和修复 SQL 注入

JDBC

介绍

  • 全称 Java Database Connectivity

  • 是 Java 访问数据库的 API，不依赖于特定数据库 ( database-independent )

  • 所有 Java 持久层技术都基于 JDBC

说明

直接使用 JDBC 的场景，如果代码中存在拼接 SQL 语句，那么很有可能会产生注入，如

  1. // concat sql

  2. String sql = "SELECT * FROM users WHERE name ='"+ name + "'";

  3. Statement stmt = connection.createStatement();

  4. ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);

安全的写法是使用 参数化查询 ( parameterized queries )，即 SQL 语句中使用参数绑定( ? 占位符 ) 和 PreparedStatement，如

  1. // use ? to bind variables

  2. String sql = "SELECT * FROM users WHERE name= ? ";

  3. PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);

  4. // 参数 index 从 1 开始

  5. ps.setString(1, name);

还有一些情况，比如 order by、column name，不能使用参数绑定，此时需要手工过滤，如通常 order by 的字段名是有限的，因此可以使用白名单的方式来限制参数值

这里需要注意的是，使用了 PreparedStatement 并不意味着不会产生注入，如果在使用 PreparedStatement之前，存在拼接 sql 语句，那么仍然会导致注入，如

  1. // 拼接 sql

  2. String sql = "SELECT * FROM users WHERE name ='"+ name + "'";

  3. PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);

看到这里，大家肯定会好奇 PreparedStatement 是如何防止 SQL 注入的，来了解一下

正常情况下，用户的输入是作为参数值的，而在 SQL 注入中，用户的输入是作为 SQL 指令的一部分，会被数据库进行编译/解释执行。

当使用了 PreparedStatement，带占位符 ( ? ) 的 sql 语句只会被编译一次，之后执行只是将占位符替换为用户输入，并不会再次编译/解释，因此从根本上防止了 SQL 注入问题。

Mybatis

介绍

  • 首个 class persistence framework

  • 介于 JDBC (raw SQL) 和 Hibernate (ORM)

  • 简化绝大部分 JDBC 代码、手工设置参数和获取结果

  • 灵活，使用者能够完全控制 SQL，支持高级映射

更多请参考: http://www.mybatis.org

说明

在 MyBatis 中，使用 XML 文件 或 Annotation 来进行配置和映射，将 interfaces 和 Java POJOs (Plain Old Java Objects) 映射到 database records。

XML 例子

Mapper Interface

  1. @Mapper

  2. public interface UserMapper {

  3.    User getById(int id);

  4. }

XML 配置文件

  1. <select id="getById" resultType="org.example.User">

  2.    SELECT * FROM user WHERE id = #{id}

  3. </select>

Annotation 例子

  1. @Mapper

  2. public interface UserMapper {

  3.    @Select("SELECT * FROM user WHERE id= #{id}")

  4.    User getById(@Param("id") int id);

  5. }

可以看到，使用者需要自己编写 SQL 语句，因此当使用不当时，会导致注入问题与使用 JDBC 不同的是，MyBatis 使用 #{} 和 ${} 来进行参数值替换。

使用 #{} 语法时，MyBatis 会自动生成 PreparedStatement ，使用参数绑定 ( ?) 的方式来设置值，上述两个例子等价的 JDBC 查询代码如下：

  1. String sql = "SELECT * FROM users WHERE id = ?";

  2. PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);

  3. ps.setInt(1, id);

因此 #{} 可以有效防止 SQL 注入，详细可参考 http://www.mybatis.org/mybatis-3/sqlmap-xml.html String Substitution 部分。

而使用 ${} 语法时，MyBatis 会直接注入原始字符串，即相当于拼接字符串，因而会导致 SQL 注入，如

  1. <select id="getByName" resultType="org.example.User">

  2.    SELECT * FROM user WHERE name = '${name}' limit 1

  3. </select>

name 值为 ' or '1'='1，实际执行的语句为

  1. SELECT * FROM user WHERE name = '' or '1'='1' limit 1

因此建议尽量使用 #{}，但有些时候，如 order by 语句，使用 #{} 会导致出错，如

  1. ORDER BY #{sortBy}

sortBy 参数值为 name ，替换后会成为

  1. ORDER BY "name"

即以字符串 “name” 来排序，而非按照 name 字段排序

详细可参考: https://stackoverflow.com/a/32996866/6467552

这种情况就需要使用 ${}

  1. ORDER BY ${sortBy}

使用了 ${}后，使用者需要自行过滤输入，方法有：

代码层使用白名单的方式，限制 sortBy 允许的值，如只能为 name, email 字段，异常情况则设置为默认值 name

在 XML 配置文件中，使用 if 标签来进行判断

Mapper 接口方法

  1. List<User> getUserListSortBy(@Param("sortBy") String sortBy);

xml 配置文件

  1. <select id="getUserListSortBy" resultType="org.example.User">

  2.  SELECT * FROM user

  3.  <if test="sortBy == 'name' or sortBy == 'email'">

  4.    order by ${sortBy}

  5.  </if>

  6. </select>

因为 Mybatis 不支持 else，需要默认值的情况，可以使用 choose(when,otherwise)

  1. <select id="getUserListSortBy" resultType="org.example.User">

  2.  SELECT * FROM user

  3.  <choose>

  4.    <when test="sortBy == 'name' or sortBy == 'email'">

  5.      order by ${sortBy}

  6.    </when>

  7.    <otherwise>

  8.      order by name

  9.    </otherwise>    

  10. </choose>

  11. </select>

更多场景

除了 orderby之外，还有一些可能会使用到 ${} 情况，可以使用其他方法避免，如

like 语句

  • 如需要使用通配符 ( wildcard characters % 和 _) ，可以

  • 在代码层，在参数值两边加上 %，然后再使用 #{}

  • 使用 bind 标签来构造新参数，然后再使用 #{}

Mapper 接口方法

  1. List<User> getUserListLike(@Param("name") String name);

xml 配置文件

  1. <select id="getUserListLike" resultType="org.example.User">

  2.    <bind name="pattern" value="'%' + name + '%'" />

  3.    SELECT * FROM user

  4.    WHERE name LIKE #{pattern}

  5. </select>

<bind> 语句内的 value 为 OGNL expression

具体可参考 :

http://www.mybatis.org/mybatis-3/dynamic-sql.html 

bind 部分使用 SQL concat() 函数

  1. <select id="getUserListLikeConcat" resultType="org.example.User">

  2.    SELECT * FROM user WHERE name LIKE concat ('%', #{name}, '%')

  3. </select>

除了注入问题之外，这里还需要对用户的输入进行过滤，不允许有通配符，否则在表中数据量较多的时候，假设用户输入为 %%，会进行全表模糊查询，严重情况下可导致 DOS

参考:

 http://www.tothenew.com/blog/sql-wildcards-is-your-application-safe

IN 条件

  • 使用 <foreach> 和 #{}

  • Mapper 接口方法

  1. List<User> getUserListIn(@Param("nameList") List<String> nameList);

xml 配置文件

  1. <select id="selectUserIn" resultType="com.example.User">

  2.  SELECT * FROM user WHERE name in

  3.  <foreach item="name" collection="nameList"

  4.           open="(" separator="," close=")">

  5.        #{name}

  6.  </foreach>

  7. </select>

具体可参考 

http://www.mybatis.org/mybatis-3/dynamic-sql.html 

foreach 部分

limit 语句

  • 直接使用 #{} 即可

  • Mapper 接口方法

  1. List<User> getUserListLimit(@Param("offset") int offset, @Param("limit") int limit);

xml 配置文件

  1. <select id="getUserListLimit" resultType="org.example.User">

  2.    SELECT * FROM user limit #{offset}, #{limit}

  3. </select>

JPA & Hibernate

介绍

JPA:

  • 全称 Java Persistence API

  • ORM (object-relational mapping) 持久层 API，需要有具体的实现

更多请参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/JavaPersistenceAPI

Hibernate:

  • JPA ORM 实现

更多请参考 http://hibernate.org。

说明

这里有一种错误的认识，使用了 ORM 框架，就不会有 SQL 注入。而实际上，在 Hibernate 中，支持 HQL (Hibernate Query Language) 和 native sql 查询，前者存在 HQL 注入，后者和之前 JDBC 存在相同的注入问题，来具体看一下。

HQL

HQL 查询例子

  1. Query<User> query = session.createQuery("from User where name = '" + name + "'", User.class);

  2. User user = query.getSingleResult();

这里的 User 为类名，和原生 SQL 类似，拼接会导致注入。

正确的用法：

  • 位置参数 (Positional parameter)

  1. Query<User> query = session.createQuery("from User where name = ?", User.class);

  2. query.setParameter(0, name);

  • 命名参数 (named parameter)

  1. Query<User> query = session.createQuery("from User where name = :name", User.class);

  2. query.setParameter("name", name);

  • 命名参数 list (named parameter list)

  1. Query<User> query = session.createQuery("from User where name in (:nameList)", User.class);

  2. query.setParameterList("nameList", Arrays.asList("lisi", "zhaowu"));

  • 类实例 (JavaBean)

  1. User user = new User();

  2. user.setName("zhaowu");

  3. Query<User> query = session.createQuery("from User where name = :name", User.class);

  4. // User 类需要有 getName() 方法

  5. query.setProperties(user);

Native SQL

存在 SQL 注入

  1. String sql = "select * from user where name = '" + name + "'";

  2. // deprecated

  3. // Query query = session.createSQLQuery(sql);

  4. Query query = session.createNativeQuery(sql);

使用参数绑定来设置参数值

  1. String sql = "select * from user where name = :name";

  2. // deprecated

  3. // Query query = session.createSQLQuery(sql);

  4. Query query = session.createNativeQuery(sql);

  5. query.setParameter("name", name);

JPA

JPA 中使用 JPQL (Java Persistence Query Language)，同时也支持 native sql，因此和 Hibernate 存在类似的问题，这里就不再细说，感兴趣的可以参考：

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