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[数据库]SQL注入原理


国内最大的程序员社区CSDN网站的用户数据库被黑客公开发布,600万用户的登录名及密码被公开泄露,随后又有多家网站的用户密码被流传于网络,连日来引发众多网民对自己账号、密码等互联网信息被盗取的普遍担忧。

网络安全成为了现在互联网的焦点,这也恰恰触动了每一位用户的神经,由于设计的漏洞导致了不可收拾的恶果,验证了一句话“出来混的,迟早是要还的”,所以我想通过专题博文介绍一些常用的攻击技术和防范策略。

SQL Injection也许很多人都知道或者使用过,如果没有了解或完全没有听过也没有关系,因为接下来我们将介绍SQL Injection。

 

1.1.2 正文

SQL Injection:就是通过把SQL命令插入到Web表单递交或输入域名或页面请求的查询字符串,最终达到欺骗服务器执行恶意的SQL命令。

具体来说,它是利用现有应用程序,将(恶意)的SQL命令注入到后台数据库引擎执行的能力,它可以通过在Web表单中输入(恶意)SQL语句得到一个存在安全漏洞的网站上的数据库,而不是按照设计者意图去执行SQL语句。

首先让我们了解什么时候可能发生SQL Injection。

假设我们在浏览器中输入URL www.sample.com,由于它只是对页面的简单请求无需对数据库动进行动态请求,所以它不存在SQL Injection,当我们输入www.sample.com?testid=23时,我们在URL中传递变量testid,并且提供值为23,由于它是对数据库进行动态查询的请求(其中?testid=23表示数据库查询变量),所以我们可以该URL中嵌入恶意SQL语句。

现在我们知道SQL Injection适用场合,接下来我们将通过具体的例子来说明SQL Injection的应用,这里我们以pubs数据库作为例子。

我们通过Web页面查询job表中的招聘信息,job表的设计如下:

 

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图1 jobs表

 

接着让我们实现Web程序,它根据工作Id(job_id)来查询相应的招聘信息,示意代码如下:

 

/// <summary>/// Handles the Load event of the Page control./// </summary>/// <param name="sender">The source of the event.</param>/// <param name="e">The <see cref="System.EventArgs"/> instance containing the event data.</param>protected void Page_Load(object sender, EventArgs e){  if (!IsPostBack)  {    // Gets departmentId from http request.    string queryString = Request.QueryString["departmentID"];    if (!string.IsNullOrEmpty(queryString))    {      // Gets data from database.      gdvData.DataSource = GetData(queryString.Trim());      // Binds data to gridview.      gdvData.DataBind();    }  }}

 

现在我们已经完成了Web程序,接下来让我们查询相应招聘信息吧。

 

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图2 job表查询结果

 

如图所示,我们要查询数据库中工作Id值为1的工作信息,而且在页面显示了该工作的Id,Description,Min Lvl和Max Lvl等信息。

现在要求我们实现根据工作Id查询相应工作信息的功能,想必大家很快可以给出解决方案,SQL示意代码如下:

 

SELECT   job_id, job_desc, min_lvl, max_lvlFROM     jobsWHERE   (job_id = 1)

 

假设现在要求我们获取Department表中的所有数据,而且必须保留WHERE语句,那我们只要确保WHERE恒真就OK了,SQL示意代码如下:

 

SELECT   job_id, job_desc, min_lvl, max_lvlFROM     jobsWHERE   (job_id = 1) OR 1 = 1

 

上面我们使得WHERE恒真,所以该查询中WHERE已经不起作用了,其查询结果等同于以下SQL语句。

 

SELECT   job_id, job_desc, min_lvl, max_lvlFROM     jobs

 

SQL查询代码实现如下:

 

string sql1 = string.Format(  "SELECT job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM jobs WHERE job_id='{0}'", jobId);

 

现在我们要通过页面请求的方式,让数据库执行我们的SQL语句,我们要在URL中嵌入恶意表达式1=1(或2=2等等),如下URL所示:

http://localhost:3452/ExcelUsingXSLT/Default.aspx?jobid=1'or'1'='1

 

等效SQL语句如下:

 

SELECT   job_id, job_desc, min_lvl, max_lvlFROM     jobsWHERE   job_id = '1' OR '1' = 1'

 

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图3 job表查询结果

 

现在我们把job表中的所有数据都查询出来了,仅仅通过一个简单的恒真表达式就可以进行了一次简单的攻击。

虽然我们把job表的数据都查询出来了,但数据并没有太大的价值,由于我们把该表临时命名为job表,所以接着我们要找出该表真正表名。

首先我们假设表名就是job,然后输入以下URL:

http://localhost:3452/ExcelUsingXSLT/Default.aspx?jobid=1'or 1=(select count(*) from job)--

 

等效SQL语句如下:

 

SELECT    job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM     jobs WHERE   job_id='1'or 1=(select count(*) from job) --'

 

 

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图4 job表查询结果

 

当我们输入了以上URL后,结果服务器返回我们错误信息,这证明了我们的假设是错误的,那我们该感觉到挫败吗?不,其实这里返回了很多信息,首先它证明了该表名不是job,而且它还告诉我们后台数据库是SQL Server,不是MySQL或Oracle,这也设计一个漏洞把错误信息直接返回给了用户。

接下假定表名是jobs,然后输入以下URL:

http://localhost:3452/ExcelUsingXSLT/Default.aspx?jobid=1'or1=(select count(*) from jobs) --

 

等效SQL语句如下:

 

SELECT    job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM     jobs WHERE   job_id='1'or 1=(select count(*) from jobs) --'

 

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图5 job表查询结果

 

现在证明了该表名是jobs,这可以迈向成功的一大步,由于我们知道了表名就可以对该表进行增删改操作了,而且我们还可以猜测出更多的表对它们作出修改,一旦修改成功那么这将是一场灾难。

现在大家已经对SQL Injection的攻击有了初步的了解了,接下让我们学习如何防止SQL Injection。

总的来说有以下几点:

1.永远不要信任用户的输入,要对用户的输入进行校验,可以通过正则表达式,或限制长度,对单引号和双"-"进行转换等。

2.永远不要使用动态拼装SQL,可以使用参数化的SQL或者直接使用存储过程进行数据查询存取。

3.永远不要使用管理员权限的数据库连接,为每个应用使用单独的权限有限的数据库连接。

4.不要把机密信息明文存放,请加密或者hash掉密码和敏感的信息。

5.应用的异常信息应该给出尽可能少的提示,最好使用自定义的错误信息对原始错误信息进行包装,把异常信息存放在独立的表中。

 

通过正则表达校验用户输入

首先我们可以通过正则表达式校验用户输入数据中是包含:对单引号和双"-"进行转换等字符。

然后继续校验输入数据中是否包含SQL语句的保留字,如:WHERE,EXEC,DROP等。

现在让我们编写正则表达式来校验用户的输入吧,正则表达式定义如下:

 

private static readonly Regex RegSystemThreats =    new Regex(@"\s?or\s*|\s?;\s?|\s?drop\s|\s?grant\s|^'|\s?--|\s?union\s|\s?delete\s|\s?truncate\s|" +      @"\s?sysobjects\s?|\s?xp_.*?|\s?syslogins\s?|\s?sysremote\s?|\s?sysusers\s?|\s?sysxlogins\s?|\s?sysdatabases\s?|\s?aspnet_.*?|\s?exec\s?",      RegexOptions.Compiled | RegexOptions.IgnoreCase);

上面我们定义了一个正则表达式对象RegSystemThreats,并且给它传递了校验用户输入的正则表达式。

由于我们已经完成了对用户输入校验的正则表达式了,接下来就是通过该正则表达式来校验用户输入是否合法了,由于.NET已经帮我们实现了判断字符串是否匹配正则表达式的方法——IsMatch(),所以我们这里只需给传递要匹配的字符串就OK了。

示意代码如下:

 

/// <summary>/// A helper method to attempt to discover [known] SqlInjection attacks. /// </summary>/// <param name="whereClause">string of the whereClause to check</param>/// <returns>true if found, false if not found </returns>public static bool DetectSqlInjection(string whereClause){  return RegSystemThreats.IsMatch(whereClause);}/// <summary>/// A helper method to attempt to discover [known] SqlInjection attacks. /// </summary>/// <param name="whereClause">string of the whereClause to check</param>/// <param name="orderBy">string of the orderBy clause to check</param>/// <returns>true if found, false if not found </returns>public static bool DetectSqlInjection(string whereClause, string orderBy){  return RegSystemThreats.IsMatch(whereClause) || RegSystemThreats.IsMatch(orderBy);}

 

现在我们完成了校验用的正则表达式,接下来让我们需要在页面中添加校验功能。

/// <summary>/// Handles the Load event of the Page control./// </summary>/// <param name="sender">The source of the event.</param>/// <param name="e">The <see cref="System.EventArgs"/> instance containing the event data.</param>protected void Page_Load(object sender, EventArgs e){  if (!IsPostBack)  {    // Gets departmentId from http request.    string queryString = Request.QueryString["jobId"];    if (!string.IsNullOrEmpty(queryString))    {      if (!DetectSqlInjection(queryString) && !DetectSqlInjection(queryString, queryString))      {        // Gets data from database.        gdvData.DataSource = GetData(queryString.Trim());        // Binds data to gridview.        gdvData.DataBind();      }      else      {        throw new Exception("Please enter correct field");      }    }  }}

 

当我们再次执行以下URL时,被嵌入的恶意语句被校验出来了,从而在一定程度上防止了SQL Injection。

http://localhost:3452/ExcelUsingXSLT/Default.aspx?jobid=1'or'1'='1

 

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图6 添加校验查询结果

 

但使用正则表达式只能防范一些常见或已知SQL Injection方式,而且每当发现有新的攻击方式时,都要对正则表达式进行修改,这可是吃力不讨好的工作。

 

通过参数化存储过程进行数据查询存取

首先我们定义一个存储过程根据jobId来查找jobs表中的数据。

 

-- =============================================-- Author:    JKhuang-- Create date: 12/31/2011-- Description:  Get data from jobs table by specified jobId.-- =============================================ALTER PROCEDURE [dbo].[GetJobs]  -- ensure that the id type is int  @jobId INTASBEGIN--  SET NOCOUNT ON;  SELECT job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl  FROM dbo.jobs  WHERE job_id = @jobId  GRANT EXECUTE ON GetJobs TO pubs END

 

接着修改我们的Web程序使用参数化的存储过程进行数据查询。

 

using (var com = new SqlCommand("GetJobs", con)){  // Uses store procedure.  com.CommandType = CommandType.StoredProcedure;  // Pass jobId to store procedure.  com.Parameters.Add("@jobId", SqlDbType.Int).Value = jobId;  com.Connection.Open();  gdvData.DataSource = com.ExecuteScalar();  gdvData.DataBind(); }

 

现在我们通过参数化存储过程进行数据库查询,这里我们把之前添加的正则表达式校验注释掉。

 

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图7 存储过程查询结果

 

大家看到当我们试图在URL中嵌入恶意的SQL语句时,参数化存储过程已经帮我们校验出传递给数据库的变量不是整形,而且使用存储过程的好处是我们还可以很方便地控制用户权限,我们可以给用户分配只读或可读写权限。

但我们想想真的有必要每个数据库操作都定义成存储过程吗?而且那么多的存储过程也不利于日常的维护。

 

参数化SQL语句

还是回到之前动态拼接SQL基础上,我们知道一旦有恶意SQL代码传递过来,而且被拼接到SQL语句中就会被数据库执行,那么我们是否可以在拼接之前进行判断呢?——命名SQL参数。

 

string sql1 = string.Format("SELECT job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM jobs WHERE job_id = @jobId");using (var con = new SqlConnection(ConfigurationManager.ConnectionStrings["SQLCONN1"].ToString()))using (var com = new SqlCommand(sql1, con)){  // Pass jobId to sql statement.  com.Parameters.Add("@jobId", SqlDbType.Int).Value = jobId;  com.Connection.Open();  gdvData.DataSource = com.ExecuteReader();  gdvData.DataBind(); }

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图8 参数化SQL查询结果

这样我们就可以避免每个数据库操作(尤其一些简单数据库操作)都编写存储过程了,而且当用户具有数据库中jobs表的读权限才可以执行该SQL语句。

 

添加新架构

数据库架构是一个独立于数据库用户的非重复命名空间,您可以将架构视为对象的容器(类似于.NET中的命名空间)。

首先我们右击架构文件夹,然后新建架构。

 

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图9 添加HumanResource架构

 

上面我们完成了在pubs数据库中添加HumanResource架构,接着把jobs表放到HumanResource架构中。

 

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图 10 修改jobs表所属的架构

 

当我们再次执行以下SQL语句时,SQL Server提示jobs无效,这是究竟什么原因呢?之前还运行的好好的。

 

SELECT job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM jobs

 

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图 11 查询输出

 

当我们输入完整的表名“架构名.对象名”(HumanResource.jobs)时,SQL语句执行成功。

SELECT job_id, job_desc, min_lvl, max_lvl FROM HumanResource.jobs

 

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为什么之前我们执行SQL语句时不用输入完整表名dbo.jobs也可以执行呢?

这是因为默认的架构(default schema)是dbo,当只输入表名时,Sql Server会自动加上当前登录用户的默认的架构(default schema)——dbo。

由于我们使用自定义架构,这也降低了数据库表名被猜测出来的可能性。

 

LINQ to SQL

前面使用了存储过程和参数化查询,这两种方法都是非常常用的,而针对于.NET Framework的ORM框架也有很多,如:NHibernate,Castle和Entity Framework,这里我们使用比较简单LINQ to SQL。

 

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图 12 添加jobs.dbml文件

 

var dc = new pubsDataContext();int result;// Validates jobId is int or not.if (int.TryParse(jobId, out result)){  gdvData.DataSource = dc.jobs.Where(p => p.job_id == result);  gdvData.DataBind();}

 

相比存储过程和参数化查询,LINQ to SQL我们只需添加jobs.dbml,然后使用LINQ对表进行查询就OK了。

 

1.1.3 总结

我们在本文中介绍了SQL Injection的基本原理,通过介绍什么是SQL Injection,怎样进行SQL Injection和如何防范SQL Injection。通过一些程序源码对SQL的攻击进行了细致的分析,使我们对SQL Injection机理有了一个深入的认识,作为一名Web应用开发人员,一定不要盲目相信用户的输入,而要对用户输入的数据进行严格的校验处理,否则的话,SQL Injection将会不期而至。