网络安全 - SQL Injection
1.1.1 摘要
日前，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：
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。
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_lvl FROM jobs WHERE (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_lvl FROM jobs WHERE (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_lvl FROM 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_lvl FROM jobs WHERE job_id = '1' OR '1' = 1'
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) --'
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) --'
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
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 INT
AS
BEGIN
-- 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。
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();
}
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。
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。
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
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
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。
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。