Java安全编码之sql注入

2020-08-07

作者：maoge@云影实验室

JAVA安全编码会是一个系列的文章。此文章为该系列的第一篇。

1.框架介绍

目前hibernate和mybatis为java项目广泛采用的两个框架。由于hibernate使用方便，以前的项目采用hibernate非常的广泛，但是后面由于hibernate的侵入式特性，后面慢慢被mybatis所取代。下面我们会以springboot为基础，分别搭建hibernate和mybatis的漏洞环境。

2.配置说明

Springboot采用2.3.1.RELEASE，MySQL版本为5.7.20。数据库有一张表user_tbl。数据如下：

3.Hibernate

Hibernate 是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对 JDBC 进行了非常轻量级的对象封装，是一个全自动的 ORM 框架。Hibernate 自动生成 SQL 语句，自动执行。

3.1环境搭建

结构如下，ctl为控制层，service为服务层，dao为持久层。为了方便没有按照标准的接口实现，我们只关注漏洞的部分。

Beans下User.java对用为user_tbl表结构。

我们使用/inject 接口,p为接受外部的参数，来查询User的列表，使用fastjson来格化式输出。

我们回到dao层。

3.1.1 SQL注入

SQL注入我们使用字符串拼接方式：

访问http://localhost:8080/inject?p=m 直接用sqlmap跑一下：

很容易就注入出数据来了。

3.1.2 Hql注入

HQL（Hibernate Query Language）是hibernate专门用于查询数据的语句，有别于SQL，HQL 更接近于面向对象的思维方式。表名就是对应我们上面的entity配置的。Hql注入利用难度比sql注入利用大，比如一般程序员不会对系统表进行映射，那么通过系统表获取属性的几乎不可能的，同时由于hql对于复杂的语句支持比较差，对攻击者来说需要花费更多时间去构造可用的payload，更多详细的语法可以参考https://docs.huihoo.com/hibernate/reference-v3_zh-cn/queryhql.html

3.1.3 预编译

我们使用setParameter的方式，也就是我们熟知的预编译的方式。Query query = (Query) this.entityManager.createQuery(“from User u where u.userName like :userName “,User.class);query.setParameter(“userName”,”%”+username+”%”);访问http://localhost:8080/inject?p=m 后得到正常结果

执行注入语句http://localhost:8080/inject?p=m’ or ‘1’ like ‘1 返回为空。

我们来看看setParameter的方式到底对我们的sql语句做了什么。我们将断点打至Loader.class的bindPreparedStatement，这样我们可以完整的sql语句。发现通过预编译后，sql变为了select user0.id as id1_0, user0.password as password2_0, user0.username as username3_0 from usertbl user0 where user0_.username like ‘%’’ or ‘’1’’ like ‘’1%’，然后交给hikari处理。发现变成了将我们的单引号变成了两个单引号，也就是说把里面的变为字符串。

将断点断至mysql-connector-java（也就是我们熟知的JDBC驱动包）的ClientPreparedQueryBindings.setString.这里就是参数设置的地方。

看一下算法：

public void setString(int parameterIndex, String x) {
    if (x == null) {
        setNull(parameterIndex);
    } else {
        int stringLength = x.length();
        if (this.session.getServerSession().isNoBackslashEscapesSet()) {
            // Scan for any nasty chars

            boolean needsHexEscape = isEscapeNeededForString(x, stringLength);

            if (!needsHexEscape) {
                StringBuilder quotedString = new StringBuilder(x.length() + 2);
                quotedString.Append(''');
                quotedString.append(x);
                quotedString.append(''');

                byte[] parameterAsBytes = this.isLoadDataQuery ? StringUtils.getBytes(quotedString.toString())
                        : StringUtils.getBytes(quotedString.toString(), this.charEncoding);
                setValue(parameterIndex, parameterAsBytes);

            } else {
                byte[] parameterAsBytes = this.isLoadDataQuery ? StringUtils.getBytes(x) : StringUtils.getBytes(x, this.charEncoding);
                setBytes(parameterIndex, parameterAsBytes);
            }

            return;
        }

        String parameterAsString = x;
        boolean needsQuoted = true;

        if (this.isLoadDataQuery || isEscapeNeededForString(x, stringLength)) {
            needsQuoted = false; // saves an allocation later

            StringBuilder buf = new StringBuilder((int) (x.length() * 1.1));

            buf.append(''');

            //
            // Note: buf.append(char) is _faster_ than appending in blocks, because the block append requires a System.arraycopy().... go figure...
            //

            for (int i = 0; i < stringLength; ++i) {
                char c = x.charAt(i);

                switch (c) {
                    case 0: /* Must be escaped for 'mysql' */
                        buf.append('\');
                        buf.append('0');
                        break;
                    case 'n': /* Must be escaped for logs */
                        buf.append('\');
                        buf.append('n');
                        break;
                    case 'r':
                        buf.append('\');
                        buf.append('r');
                        break;
                    case '\':
                        buf.append('\');
                        buf.append('\');
                        break;
                    case ''':
                        buf.append('\');
                        buf.append(''');
                        break;
                    case '"': /* Better safe than sorry */
                        if (this.session.getServerSession().useAnsiQuotedIdentifiers()) {
                            buf.append('\');
                        }
                        buf.append('"');
                        break;
                    case '32': /* This gives problems on Win32 */
                        buf.append('\');
                        buf.append('Z');
                        break;
                    case '\u00a5':
                    case '\u20a9':
                        // escape characters interpreted as backslash by mysql
                        if (this.charsetEncoder != null) {
                            CharBuffer cbuf = CharBuffer.allocate(1);
                            ByteBuffer bbuf = ByteBuffer.allocate(1);
                            cbuf.put(c);
                            cbuf.position(0);
                            this.charsetEncoder.encode(cbuf, bbuf, true);
                            if (bbuf.get(0) == '\') {
                                buf.append('\');
                            }
                        }
                        buf.append(c);
                        break;

                    default:
                        buf.append(c);
                }
            }

            buf.append(''');

            parameterAsString = buf.toString();
        }

        byte[] parameterAsBytes = this.isLoadDataQuery ? StringUtils.getBytes(parameterAsString)
                : (needsQuoted ? StringUtils.getBytesWrapped(parameterAsString, ''', ''', this.charEncoding)
                        : StringUtils.getBytes(parameterAsString, this.charEncoding));

        setValue(parameterIndex, parameterAsBytes, MysqlType.VARCHAR);
    }
}

可以看到mysql-connector-java主要是将将我们’转为了’’,对于转义的会变为,比如对于这种sql：SELECT user0.id AS id1_0,user0. PASSWORD AS password2_0,user0.username AS username3_0FROM usertbl user0WHERE user0.username LIKE ‘%’ or username = 0x6d #%’
也会变为：
SELECT user0.id AS id10,user0. PASSWORD AS password2_0,user0.username AS username3_0 FROM usertbl user0WHERE user0_.username LIKE ‘%‘’ or username = 0x6d #%’

有人会说那我们使用select from user_tbl where id = 1 and user() = 0x726f6f74406c6f63616c686f7374 这种类似的语句，全程没有jdbc里面的危险字符是不是就可以绕过了？mysql-connector-java里面有个非常巧妙的点是，他会根据你传入的类型判断。比如传入的为int类型。就会走setInt。传入的为string就会走setString。所以这段语句还是会被select from user_tbl where id = 1 ‘and user() = 0x726f6f74406c6f63616c686f7374’我们看到sql预编译的算法也是非常简单。

4.Mybatis

MyBatis是一流的持久性框架，支持自定义SQL，存储过程和高级映射。MyBatis可以使用简单的XML或注释进行配置。现在目前国内大部分公司都是采用的MyBatis框架。

4.1环境搭建：

下面为我们项目目录结构：

4.2使用#{}的方式

#{}也就是我们熟知的预编译方式。

访问http://localhost:8080/getList?p=m 后正常的返回：

使用http://localhost:8080/getList?p=m‘ or ‘1’ like ‘1结果返回为空。不存在注入。我们将断点断在PreparedStatementLogger的invoke方法上面，其实这里就是一个代理方法。这里我们看到完整的sql语句。

同样我们将断点断在：ClientPreparedQueryBindings.setString同样会进去

Hibernate和Mybatis的预编译机制是一样的。

4.3使用${}的方式

${}的方式也就是mybatis的字符串连接方式。

使用sqlmap很容易就能跑出数据

4.4 关于orderBy

之前有听人说order by后面的语句是不会参与预编译？这句话是错误的。Order by也是会参与预编译的。从我们上面的jdbc的setString算法可以看到，是因为setString会在参数的前后加上’’，变成字符串。导致order by失去了原本的意义。只能说是预编译方式的order by不适用而已。所以对于这种order by的防御的话建议是直接写死在代码里面。对于order by方式的注入我们可以通过返回数据的顺序的不同来获取数据。

关于useServerPrepStmts其实在只有jdbc在开启了useServerPrepStmts=true的情况下才算是真正的预编译。但是如果是字符串的拼接方式，预编译是没有效果的。从mysql的查询日志就可以开看到。可以看到Prepare的语句。一样是存在sql注入的。

我们使用占位符的方式：

上面的语句就不存在sql注入了。我想这就是jdbc默认为啥不开启useServerPrepStmts=true的原因吧。

4.5 关于慢查询

比如说我们我们有如下语句select from user_tbl like ‘%’+subsql+’%’,如果前端提交%或者%25(不同控制器处理不同)时候会出现select from user_tbl like ‘%%%’ 会查询所有字段，导致慢查询。我们可以在上面看到jdbc并不会处理%的情况，在做模糊查询时，在没有必要使用%的情况下，可以建议也屏蔽掉此符号。

总结：

在能使用预编译的情况下我们应该要使用预编译。在不能使用预编译的情况下，可以对特定类型做规范，比如传数字的需要规范为Integer,Long等。这样会在进入数据库前会提前抛出异常。或者使用Spring的AOP机制，添加一个前置的fitler，对有害的字符清洗或者过滤。但是这样有点笼统，会对全局参数进行清洗。还有一种比较好的方式是，通过注解的方式，这样会比较方便，可复用性也很好。对不能进行预编译的参数加上过滤有害字符的注解。我们就不在这里做代码的实现，网上有很多可以参考的教程。可以使用Apache Jakarta Commons提供的很多方便的方法来过滤有害字符。

本文涉及的源码均在https://github.com/langligelang/dragonfly

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原文链接：https://www.anquanke.com/post/id/212897