Java SQL注入學習筆記

1 簡介

文章主要內容包括：

• Java 持久層技術/框架簡單介紹
• 不同場景/框架下易導致 SQL 注入的寫法
• 如何避免和修復 SQL 注入

2 JDBC

介紹

JDBC：

• 全稱 Java Database Connectivity

• 是 Java 訪問數據庫的 API，不依賴於特定數據庫 ( database-independent )

• 所有 Java 持久層技術都基於 JDBC

更多請參考 http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/jdbc/index.html

說明

直接使用 JDBC 的場景，如果代碼中存在拼接 SQL 語句，那么很有可能會產生注入，如

// concat sql
String sql = "SELECT * FROM users WHERE name ='"+ name + "'";
Statement stmt = connection.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);

安全的寫法是使用 參數化查詢 ( parameterized queries )，即 SQL 語句中使用參數綁定( ? 占位符 ) 和 PreparedStatement，如

// use ? to bind variables
String sql = "SELECT * FROM users WHERE name= ? ";
PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);
// 參數 index 從 1 開始
ps.setString(1, name);

還有一些情況，比如 order by、column name，不能使用參數綁定，此時需要手工過濾，如通常 order by 的字段名是有限的，因此可以使用白名單的方式來限制參數值

這里需要注意的是，使用了 PreparedStatement 並不意味着不會產生注入，如果在使用 PreparedStatement 之前，存在拼接 sql 語句，那么仍然會導致注入，如

// 拼接 sql
String sql = "SELECT * FROM users WHERE name ='"+ name + "'";
PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);

看到這里，大家肯定會好奇 PreparedStatement 是如何防止 SQL 注入的，來了解一下

正常情況下，用戶的輸入是作為參數值的，而在 SQL 注入中，用戶的輸入是作為 SQL 指令的一部分，會被數據庫進行編譯/解釋執行。當使用了 PreparedStatement，帶占位符 ( ? ) 的 sql 語句只會被編譯一次，之后執行只是將占位符替換為用戶輸入，並不會再次編譯/解釋，因此從根本上防止了 SQL 注入問題。

更詳細和准確的回答，請參考：

• How does a PreparedStatement avoid or prevent SQL injection?

• How to Fix SQL Injection Using Java PreparedStatement & CallableStatement

3 Mybatis

介紹

• 首個 class persistence framework
• 介於 JDBC (raw SQL) 和 Hibernate (ORM)
• 簡化絕大部分 JDBC 代碼、手工設置參數和獲取結果
• 靈活，使用者能夠完全控制 SQL，支持高級映射

更多請參考 http://www.mybatis.org/

說明

在 MyBatis 中，使用 XML 文件 或 Annotation 來進行配置和映射，將 interfaces 和 Java POJOs (Plain Old Java Objects) 映射到 database records

XML 例子

Mapper Interface

@Mapper
public interface UserMapper {
    User getById(int id);
}

XML 配置文件

<select id="getById" resultType="org.example.User">
	SELECT * FROM user WHERE id = #{id}
</select>

Annotation 例子

@Mapper
public interface UserMapper {
    @Select("SELECT * FROM user WHERE id= #{id}")
    User getById(@Param("id") int id);
}

可以看到，使用者需要自己編寫 SQL 語句，因此當使用不當時，會導致注入問題

與使用 JDBC 不同的是，MyBatis 使用 #{} 和 ${} 來進行參數值替換

使用 #{} 語法時，MyBatis 會自動生成 PreparedStatement ，使用參數綁定 (?) 的方式來設置值，上述兩個例子等價的 JDBC 查詢代碼如下：

String sql = "SELECT * FROM users WHERE id = ?";
PreparedStatement ps = connection.prepareStatement(sql);
ps.setInt(1, id);

因此 #{} 可以有效防止 SQL 注入，詳細可參考 http://www.mybatis.org/mybatis-3/sqlmap-xml.html String Substitution 部分

而使用 ${} 語法時，MyBatis 會直接注入原始字符串，即相當於拼接字符串，因而會導致 SQL 注入，如

<select id="getByName" resultType="org.example.User">
	SELECT * FROM user WHERE name = '${name}' limit 1
</select>

name 值為 ' or '1'='1，實際執行的語句為

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

因此建議盡量使用 #{}，但有些時候，如 order by 語句，使用 #{} 會導致出錯，如

ORDER BY #{sortBy}

sortBy 參數值為 name ，替換后會成為

ORDER BY "name"

即以字符串 “name” 來排序，而非按照 name 字段排序，詳細可參考 https://stackoverflow.com/a/32996866/6467552。

這種情況就需要使用 ${}

ORDER BY ${sortBy}

使用了 ${}后，使用者需要自行過濾輸入，方法有：

• 代碼層使用白名單的方式，限制 sortBy 允許的值，如只能為 name, email 字段，異常情況則設置為默認值 name

• 在 XML 配置文件中，使用 if 標簽來進行判斷

  Mapper 接口方法

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

  xml 配置文件

  <select id="getUserListSortBy" resultType="org.example.User">
    SELECT * FROM user 
    <if test="sortBy == 'name' or sortBy == 'email'">
  	order by ${sortBy}
    </if>
  </select>

  因為 Mybatis 不支持 else，需要默認值的情況，可以使用 choose (when, otherwise)

  <select id="getUserListSortBy" resultType="org.example.User">
    SELECT * FROM user 
    <choose>
      <when test="sortBy == 'name' or sortBy == 'email'">
        order by ${sortBy}
      </when>
      <otherwise>
        order by name
      </otherwise>     
   </choose>
  </select>

更多場景

除了 order by 之外，還有一些可能會使用到 ${} 情況，可以使用其他方法避免，如

like 語句

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

• 在代碼層，在參數值兩邊加上 %，然后再使用 #{}

• 使用 bind 標簽來構造新參數，然后再使用 #{}

  Mapper 接口方法

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

  xml 配置文件

  <select id="getUserListLike" resultType="org.example.User">
      <bind name="pattern" value="'%' + name + '%'" />
      SELECT * FROM user 
      WHERE name LIKE #{pattern}
  </select>

  <bind> 語句內的 value 為 OGNL expression，具體可參考 http://www.mybatis.org/mybatis-3/dynamic-sql.html bind 部分

• 使用 SQL concat() 函數

  <select id="getUserListLikeConcat" resultType="org.example.User">
  	SELECT * FROM user WHERE name LIKE concat ('%', #{name}, '%')
  </select>

除了注入問題之外，這里還需要對用戶的輸入進行過濾，不允許有通配符，否則在表中數據量較多的時候，假設用戶輸入為 %%，會進行全表模糊查詢，嚴重情況下可導致 DOS，參考 http://www.tothenew.com/blog/sql-wildcards-is-your-application-safe/

IN 條件

使用 <foreach> 和 #{}

Mapper 接口方法

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

xml 配置文件

<select id="selectUserIn" resultType="com.example.User">
  SELECT * FROM user WHERE name in
  <foreach item="name" collection="nameList" 
           open="(" separator="," close=")">
        #{name}
  </foreach>
</select>

具體可參考 http://www.mybatis.org/mybatis-3/dynamic-sql.html foreach 部分

limit 語句

直接使用 #{} 即可

Mapper 接口方法

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

xml 配置文件

<select id="getUserListLimit" resultType="org.example.User">
	SELECT * FROM user limit #{offset}, #{limit}
</select>

4 JPA & Hibernate

介紹

JPA:

• 全稱 Java Persistence API

• ORM (object-relational mapping) 持久層 API，需要有具體的實現

更多請參考 https://en.wikipedia.org/wiki/Java_Persistence_API

Hibernate:

• JPA ORM 實現

更多請參考 http://hibernate.org/

說明

這里有一種錯誤的認識，使用了 ORM 框架，就不會有 SQL 注入。而實際上，在 Hibernate 中，支持 HQL (Hibernate Query Language) 和 native sql 查詢，前者存在 HQL 注入，后者和之前 JDBC 存在相同的注入問題，來具體看一下

HQL

HQL 查詢例子

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

這里的 User 為類名，和原生 SQL 類似，拼接會導致注入

正確的用法：

• 位置參數 (Positional parameter)

Query<User> query = session.createQuery("from User where name = ?", User.class);
query.setParameter(0, name);

• 命名參數 (named parameter)

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

• 命名參數 list (named parameter list)

Query<User> query = session.createQuery("from User where name in (:nameList)", User.class);
query.setParameterList("nameList", Arrays.asList("lisi", "zhaowu"));

• 類實例 (JavaBean)

User user = new User();
user.setName("zhaowu");
Query<User> query = session.createQuery("from User where name = :name", User.class);
// User 類需要有 getName() 方法
query.setProperties(user);

Native SQL

存在 SQL 注入

String sql = "select * from user where name = '" + name + "'";
// deprecated
// Query query = session.createSQLQuery(sql);
Query query = session.createNativeQuery(sql);

使用參數綁定來設置參數值

String sql = "select * from user where name = :name";
// deprecated
// Query query = session.createSQLQuery(sql);
Query query = session.createNativeQuery(sql);
query.setParameter("name", name);

JPA

JPA 中使用 JPQL (Java Persistence Query Language)，同時也支持 native sql，因此和 Hibernate 存在類似的問題，這里就不再細說，感興趣的可以參考 How to How to Fix SQL Injection using the Java Persistence API (JPA)