如何避免出现SQL注入漏洞

2021-09-17 woaker

一前言

本文将针对开发过程中依旧经常出现的SQL编码缺陷，讲解其背后原理及形成原因。并以几个常见漏洞存在形式，提醒技术同学注意相关问题。最后会根据原理，提供解决或缓解方案。

二 SQL注入漏洞的原理、形成原因
SQL注入漏洞，根本上讲，是由于错把外部输入当作SQL代码去执行。目前最佳的解决方案就是预编译的方式。SQL语句在执行过程中，需要经过以下三大基本步骤：

代码语义分析
制定执行计划
获得返回结果

而一个SQL语句是由代码和数据两部分，如：

SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name = 'xiaoming';
SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name = 是代码，'xiaoming'是数据。
而预编译，以MyBatis为例，就是预先分析带有占位符的语义：
如SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE id = #{name};
然后再将数据'xiaoming'，传入到占位符。这样一来，错开来代码语义分析阶段，也就不会被误认为是代码的一部分了。
在最早期，开发者显式使用JDBC来自己创建Connection，执行SQL语句。这种情况下，如果将外部可控数据拼接到SQL语句，且没有做充分过滤的话，就会产生漏洞。这种情况在正常的业务开发过程中已经很少了，按照公司规定，无特殊情况下，必须使用ORM框架来执行SQL。
但目前部分项目中，仍会使用JDBC来编写一些工具脚本，如DataMerge.JAVA 、DatabaseClean.java，借用JDBC的灵活性，通过这些脚本来执行数据库批量操作。
此类代码不应该出现在线上版本中，以免因各种情况，被外部调用。

三直接使用Mybatis

1 易错点

目前大部分的平台代码是基于Mybatis来处理持久层和数据库之间的交互的，Mybatis传入数据有两种占位符{}和#{}。{}和#{}。{}可以理解为语义分析前的字符串拼接，讲传入的参数，原封不动地传入。

比如说
SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name = '${name}';
传入name=xiaoming后，相当于
SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name = 'xiaoming';
实际应用中
SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE ${col} = 'xiaoming';
传入col = "name"，相当于
SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name = 'xiaoming';
就像预编译原理介绍里讲的一样，使用#{} 占位符就不存在注入问题了。但有些业务场景是不可以直接使用#{}的。
比如order by语法中
如果编写SELECT id, name, phone FROM userTable ORDER BY #{}; ，执行时是会报错的。因为order by后的内容，是一个列名，属于代码语义的一部分。如果在语义分析部分没有确定下来，就相当于执行SELECT id, name, phone FROM userTable ORDER BY 。肯定会有语法错误。

再比如like场景下

SELECT id, name, phone FROM userTable WHERE name like '%#{name}%';
#{}不会被解析，从而导致报错。
in 语法和 between语法都是如此，那么如何解决这类问题呢？

2 正确写法

order by（group by）语句中使用${}

使用条件判断

<select id="getUserAndOrder" resultType="Emp" parameterType="Emp">
    select * from users where id < #{id}
    <choose>
        <when test="order == "name"">
            order by name
        </when>
        <when test="order != "age"">
            order by age
        </when>
        <otherwise>
            order by id
        </otherwise>
    </choose>
</select>

2. 使用全局过滤机制，限制order by后的变量内容只能是数字、字母、下划线。
如使用正则过滤：

keyword = keyword.replaceAll("[^a-zA-Z0-9_s+]", "");

这里需要注意，过滤需要使用白名单，不能使用黑名单，黑名单无法解决注入问题。

LIKE语句

由于需要like中的关键词需要包裹在两个%符号中，因此可以使用CONCAT函数进行拼接。

<select id="selectStudentByFuzzyQuery" resultMap="studentMap">
    SELECT *
    FROM student
    WHERE student.stu_name
            LIKE CONCAT('%',#{stuName},'%')
</select>

注意不要用 CONCAT('%','${stuName}','%') ，这样仍然存在漏洞。也就是说，使用$符号是不对的，使用#符号才安全。

IN语句

类似于like语句，直接使用#{}会报错，常见的错误写法为：

tenant_id in (${tenantIds})

正确的写法为：

select * from news where id in
<foreach collection="ids" item="item" open="("separator="," close=")">#{item}</foreach>

四 Mybatis-generator使用安全
繁重的CRUD代码压力下，开发者慢慢开始通过Mybatis-generator、idea-mybatis-generator插件、通用MApper、Mybatis-generator-plus来自动生成Mapper、POJO、Dao等文件。这些工具可以自动的生成CRUD所需要的文件，但如果使用不当，就会自动产生SQL注入漏洞。我们以最常用的org.mybatis.generator为例，来讲解可能会出现的问题。

1 动态语句支持

Mybatis-generator提供来一些函数，帮助用户把SQL的各个条件连接起来，比如多个参数的like语法，多个参数的比较语法。为了保证使用的简洁性，需要使用将一些语义代码拼接到SQL语句中。而如果开发者使用不当，将外部输入也传入了{}占位符。就会产生漏洞。

2 targetRuntime参数配置
在配置generator时，配置文件generator-rds.xml中有一个targetRuntime属性，默认为MyBatis3。在这种情况下，会启动Mybatis的动态语句支持，启动enableSelectByExample、enableDeleteByExample、enableCountByExample 以及 enableUpdateByExample功能。

以enableSelectByExample为例，会在xml映射文件中代入以下动态模块：

  <sql id="Example_Where_Clause" >
    <where >
      <foreach collection="oredCriteria" item="criteria" separator="or" >
        <if test="criteria.valid" >
          <trim prefix="(" suffix=")" prefixOverrides="and" >
            <foreach collection="criteria.criteria" item="criterion" >
              <choose >
                <when test="criterion.noValue" >
                  and ${criterion.condition}
                </when>
                <when test="criterion.singleValue" >
                  and ${criterion.condition} #{criterion.value}
                </when>
                <when test="criterion.betweenValue" >
                  and ${criterion.condition} #{criterion.value} and #{criterion.secondValue}
                </when>
                <when test="criterion.listValue" >
                  and ${criterion.condition}
                  <foreach collection="criterion.value" item="listItem" open="(" close=")" separator="," >
                    #{listItem}
                  </foreach>
                </when>
              </choose>
            </foreach>
          </trim>
        </if>
      </foreach>
    </where>
  </sql>

开发者include该模块就可以添加where条件，但如果使用不当，就会导致SQL注入漏洞：

<select id="selectByExample" resultMap="BaseResultMap" parameterType="com.doctor.mybatisdemo.domain.userExample" >
    select
    <if test="distinct" >
      distinct
    </if>
    <include refid="Base_Column_List" />
    from user
    <if test="_parameter != null" >
      <include refid="Example_Where_Clause" />
    </if>
    <if test="orderByClause != null" >
      order by ${orderByClause}
    </if>
  </select>

并使用自定义的参数添加函数：

public Criteria addKeywordTo(String keyword) {
  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  sb.append("(display_name like '%" + keyword + "%' or ");
  sb.append("org like '" + keyword + "%' or ");
  sb.append("status like '%" + keyword + "%' or ");
  sb.append("id like '" + keyword + "%') ");
  addCriterion(sb.toString());
  return (Criteria) this;
}

目的是为了实现同时对display_name、org、status、id的like操作。其中addCriterion是Mybatis-generator自带的函数：

protected void addCriterion(String condition) {
    if (condition == null) {
        throw new RuntimeException("Value for condition cannot be null");
    }
    criteria.add(new Criterion(condition));
}

这里的误区在于，addCriterion本身提供了多个条件的支持，但开发者认为需要自己把多个条件拼接起来，一同传入addCriterion方法。如同案例中的代码一样，最终传入addCriterion的只有一个参数。从而执行Example_Where_Clause语句中的：

<when test="criterion.noValue" >
    and ${criterion.condition}
</when>

也就是说，开发者把自己拼接的SQL语句，直接代入了${criterion.condition}中，从而导致了漏洞的产生。

而按照Mybatis-generator的文档，正确的写法应该是：

public void addKeywordTo(String keyword, UserExample userExample) {
  userExample.or().andDisplayNameLike("%" + keyword + "%");
  userExample.or().andOrgLike(keyword + "%");
  userExample.or().andStatusLike("%" + keyword + "%");
  userExample.or().andIdLike("%" + keyword + "%");
}

or方法负责创建Criteria，这时触发的逻辑就是

<when test="criterion.singleValue" >
  and ${criterion.condition} #{criterion.value}
</when>

${criterion.condition}被替换为了没有单引号的like，like作为语义代码，在语义分析前拼接到了SQL语句中，而"%" + keyword + "%"会作为数据添加到预编译#{criterion.value}中去，从而避免了注入。

类似的，也提供了In语法的安全使用方法：

  List<Integer> field5Values = new ArrayList<Integer>();
  field5Values.add(8);
  field5Values.add(11);
  field5Values.add(14);
  field5Values.add(22);


  example.or()
    .andField5In(field5Values);

Beetween的安全使用方法：

  example.or()
    .andField6Between(3, 7);

Mybatis-generator默认生成的order by语句也是使用${}直接进行拼接的：

<if test="orderByClause != null" >
      order by ${orderByClause}
    </if>

如果没有对传入的参数进行额外的过滤的话，就会导致注入问题。

3 order by

除了自己写的SQL语句以外，Mybatis-generator默认生成的order by语句也是使用${}直接进行拼接的：

<if test="orderByClause != null" >
      order by ${orderByClause}
    </if>

如果没有对传入的参数进行额外的过滤的话，就会导致注入问题。
PS: 实际扫雷过程中发现很多语句自动生成了order by语法，但上层调用时，并没有传入该可选参数。这种情况应当删除多余的order by语法。

4 其它插件

插件与插件之间的安全缺陷还不太一样，下面简单列举了常用的几种插件。

idea-mybatis-generator

这是IDEA的插件，可以在开发过程中，从IDE的层面，自动生成CRUD中需要的文件。使用该插件时，也有一些默认安全隐患需要注意。

1）自定义order by处理

likeinbetween可以参照官方文档使用，无安全隐患。
但该插件没有内置的order by处理，需要自行编写，编写时，参考Case2

2）默认的IF条件前需要判断是否为空
插件默认生成的语法大致如下：

<if test="ID != null">
ID = #{ID} and
当ID参数为null时，if标签下的逻辑不会添加到SQL语句中，可能会导致DOS、权限绕过等漏洞。因此，参数传入查询语句前，需要确认不为空。

com.baomidou.mybatis-plus

1. apply方法传参时，应当使用{}

2. 自带的last方法，其原理是直接拼接到SQL语句的末尾，存在注入漏洞。

五其它ORM框架

1 Hibernate
ORM全称为对象关系映射(Object Relational Mapping)，简单地说，就是将数据库中的表映射为Java对象, 这种只有属性，没有业务逻辑的对象也叫做POJO（Plain Ordinary Java Object）对象。Hibernate是第一个被广泛使用的ORM框架，它通过XML管理数据库连接，提供全表映射模型，封装程度很高。在配置映射文件和数据库链接文件后，Hibernate就可以通过Session对象进行数据库操作，开发者无需接触SQL语句，只需要写HQL语句即可。Hibernate经常与Struts、Spring搭配使用，也就是Java世界的经典SSH框架。HQL相较于SQL，多了很多语法限制：

1. 不能查询未做映射的表，只有当模型之间的关系明确后，才可以使用UNION语法。

2. 表名，列名大小写敏感。

3. 没有*、#、-- 。

4. 没有延时函数。
所以HQL注入利用要比SQL注入苦难得多。从代码审计的角度和普通SQL注入是一致的：
拼接会导致注入漏洞：

List<Student> studentList = session.createQuery("FROM Student s WHERE s.stuId = " + stuId).list();

可以使用占位符和具名参数来防止SQL语句，其本质都是预编译。

List<Student> studentList = session.createQuery("FROM Student s WHERE s.stuId = :stuId").setParameter("stuId",stuId).list();

List<Student> studentList = session.createQuery("FROM Student s WHERE s.stuId = ?").setParameter(stuId).list();

Hibernate在使用过程中有很多不足：

1. 全表映射不灵活，更新时需要发送所有字段，影响程序运行效率。

2. 对复杂查询的支持很差。

3. 对存储过程的支持很差。

4. HQL性能较差，无法根据SQL进行优化。
在审计Hibernate相关注入时，可以通过全局搜索createQuery来快速定位SQL操作的位置。

2 JPA
JPA全称为Java Persistence API，是Java EE提供的一种数据持久化的规范，允许开发者通过XML或注解的方式，将某个对象，持久化到数据库中。主要包括三方面内容：

1. ORM映射元数据，通过XML或注解，描述对象和数据表之间的对应关系。框架便可以自动将对象中的数据保存到数据库中。
常见的注解有：@Entity、@Table、@Column、@Transient

2. 数据操作API，内置接口，方便对某个数据表执行CRUD操作，节省开发者编写SQL的时间。
常见的方法有：entityManager.merge(T t);

3. JPQL, 提供一种面向对象而不是面向数据库的查询语言，将程序和数据库、SQL解耦合。
JPA是一套规范，Hibernate实现了这一JPA规范。

在Spring框架中，提供了简易版的JPA实现——spirng data jpa。按照约定好的方法命名规则写dao层接口，就可以在不写接口实现的情况下，实现对数据库的访问和操作。同时提供了很多除了CRUD之外的功能，如分页、排序、复杂查询等等。使用起来更简单，但底层仍然在使用Hibernate的JPA实现。
和HQL注入一样，如果使用拼接的方式，将用户可控的数据代入了查询语句中，就会导致SQL注入。
安全的查询应该使用预编译技术。
Spring Data JPA的预编译写法为：

String getUser = "SELECT username FROM users WHERE id = ?";
Query query = em.createNativeQuery(getUser);
query.setParameter(1, id);
String username = query.getResultList();

小贴士：其实Hibernate的出现日期比JPA规范要早，Hibernate逐渐成熟之后，JavaEE的开发团队，邀请Hibernate核心开发人员一起制定了JPA规范。之后Spring Data JPA按照规范做了进一步优化。除此之外，JPA规范的实现有很多产品，比如Eclipse的TopLink（OracleLink）。

六总结

经过上面的介绍，尤其是围绕Mybatis易错点的讨论，我们可以得到以下结论：

1. 持久层组件种类繁多。

2. 开发者对工具使用的错误理解，是漏洞出现的主要原因。

3. 由于自动生成插件的动态特性，自动化发现SQL漏洞不能简单地使用${}来寻找。必须要根据全局的持久层组件特性，来做详细的匹配规则。

参考链接：

https://www.anquanke.com/post/id/190170#h2-3
https://www.cnblogs.com/alka1d/p/11582993.html