网络安全之SQL注入深入分析

0x00 前言

我们知道代码审计Java的SQL注入主要有两点：参数可控和SQL语句可拼接（没有预编译）。并且我们也清楚修复SQL注入的方式就是预编译，但是可能我们并不清晰内部预编译的具体实现。本文主要从代码层面深入分析三种Java不同数据库框架下的SQL注入以及预编译。

0x01 JDBC SQLi

不使用占位符拼接情况分析

Statement statement = connection.createStatement();
String sql = "select * from user where id=" + value;
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(sql);

不使用占位符时，输入的内容和sql拼接形成最终的sql语句：

预编译情况：

String sql = "select * from user where id=?";
PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql);
preparedStatement.setString(1,value);
ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();

预编译会在传入的字符串前后添加'，然后再进行拼接，保证了输入的字符串在SQL语句中是数值而不是关键字。

最终在执行的时候select * from user where id='2 and 1=2 union select * from user'。

到这里我们肯定会想就算在两边加了'，也可以在value中添加'来闭合绕过：

2' and 1=2 union select * from user where '1'='1

然而事实并非那么简单，JDBC在ClientPreparedQueryBindings.setString()中对一些特殊符号包括'做了转义处理，因此预编译可以防止SQL注入：

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0x02 Mybatis SQLi

Mybatis解析执行过程

Mybatis解析执行过程如下图：

以查询SQL分析，主要步骤如下：

1. SqlSession创建过程：SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream)创建一个SqlSession，创建的时候会进行配置文件解析生成Configuration属性实例，解析时会将mapper解析成MapperStatement加到Configuration中，MapperStatement是执行SQL的必要准备，SqlSource是MapperStatement的属性，实例化前会先创建动态和非动态SqlSource即DynamicSqlSource和RawSqlSource，DynamicSqlSource对应解析$以及动态标签如foreach，RawSqlSource创建时解析#并将#{}换成占位符?；

2. 执行准备过程：DefaultSqlSession.selectOne()执行sql（如果是从接口getMapper方式执行，首先会从MapperProxy动态代理获取DefaultSqlSession执行方法selectxxx|update|delete|insert），首先从Configuration获取MapperStatement，执行executor.query()。executor执行的第一步会先通过MapperStatement.getBoundSql()获取SQL，此时如果MapperStatement.SqlSource是动态即DynamicSqlSource，会先解析其中的动态标签比如${}会换成具体传入的参数值进行拼接，获取到SQL之后调用executor.doQuery()，如果存在预编译首先会调用JDBC处理预编译的SQL，最终通过PreparedStatementHandler调用JDBC执行SQL；

3. JDBC执行SQL并返回结果集

如下是mapper的select示例，第一个使用${id}，第二个使用#{id}，我们具体通过调试来看下#和$这两种符号的解析和执行过程中的处理方式。

<select id="getById" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where id=${id}
</select>
<select id="getByIdPrepare" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where id=#{id}
</select>

解析过程中$和#的不同

在解析StatementNode过程中创建SqlSource时，会调用XMLScriptBuilder.parseScriptNode()来生成动态和非动态SqlSource

深入分析XMLScriptBuilder.parseScriptNode()，先调用XMLScriptBuilder.parseDynamicTags()解析动态tag

在解析时会先通过TextSqlNode.isDynamic()判断是否存在动态标志

TextSqlNode.isDynamic()首先创建一个DynamicCheckerTokenParser用来解析动态标识符，调用createParser创建GenericTokenParser

createParser会返回一个${}标识符的标识符解析

$解析过程：

继续下一步调用GenericTokenParser.parse()

GenericTokenParser.parse中找到了openhandler即${，会调用builder.append(handler.handleToken(expression.toString()))

handler.handleToken()将isDynamic标志为true

当isDynamic为true，会实例化一个DynamicSqlSource对象，至此$动态SqlSource创建完成。

#解析过程：

当SQL是SELECT * FROM user where id=#{id}的情况下调用isDynamic() ，进一步调用GenericTokenParser.parse()

GenericTokenParser.parse()中没有找到openhandler即${，就不会进入后面的处理，直接将原来的text进行返回，因此isDynamic还是false

返回后初始化一个RawSqlSource实例

在RawSqlSource初始化时会自动进行解析：

SqlSourceBuilder$ParameterMappingTokenHandler主要解析#{}的情况

将#{id}替换成?进行占位，此时sql变成了SELECT * FROM user where id=?

小结：在创建SqlSource时，会根据$及动态标签来创建DynamicSqlSource，DynamicSqlSource不会对${}进行具体的处理，而非动态情况会创建RawSqlSource，在其初始化过程会直接将#{}替换成?占位符。

执行过程中$和#的不同：

$在执行过程中的解析：

在调用MappedStatement.getBoundSql()时，由于$对应的是DynamicSqlSource，会调用DynamicSqlSource.getBoundSql()获取sql

在DynamicSqlSource.getBoundSql()会调用rootSqlNode.apply()处理，此时调用的是TextSqlNode.apply()

在TextSqlNode.apply()中会创建一个${}的GenericTokenParser然后进行parse解析和追加

在解析时，调用handler.handleToken()根据标识符获取参数的内容

handleToken()中会将参数值1 and 1=2 union select Host,User,1,authentication_string from mysql.user limit 1返回

拼接 最终获取的sql是SELECT * FROM user where id=1 and 1=2 union select Host,User,1,authentication_string from mysql.user limit 1

#在执行过程中的解析：

$是在getBoundSql()获取sql过程中就将符号进行了处理，跟$不同的是，#是在执行器的执行过程中（本例是doQuery）进行处理，先通过调用SimpleExecutor.prepareStatement()处理预编译情况后，获取statement，然后调用JDBC执行

深入prepareStatement()，发现其最终通过动态代理调用ClientPreparedStatement.setString()

调用JDBCClientPreparedStatement.setString()处理过程跟上述0x01部分的JDBC预编译处理statement一样。

注入场景：

除了上面的where，like、in、order by查询条件不能直接使用#{}会报错，因此在开发时可能会直接使用${}从而产生SQL注入漏洞：

1、like:

当mapper如下：

<select id="getByLike" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where name like '%${name}%'
</select>

调用时传入参数为wang%' and 1=2 union select Host,User,1,authentication_string from mysql.user where User like '%root时，绕过%'从而获取数据：

针对该场景可考虑以下形式修复：

<select id="getByLikePrepare" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where name like concat('%',#{name}, '%')
</select>
<select id="getByLikePrepare" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where name like "%"#{name}"%"
</select>

2、in：

当mapper如下：

<select id="getByIn" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where id in (${id})
</select>

调用时传入参数为0) and 1=2 union select Host,User,1,authentication_string from mysql.user where (1)=(1时，闭合)从而获取数据：

针对该场景可考虑以下形式修复，传入数组：

<select id="getByInFix" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user where id in
    <foreach collection="array" item="id" index="index" open="(" close=")" separator=",">
        #{id}
    </foreach>
</select>

3、order by：

当mapper如下：

<select id="getByOrder" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user order by ${coln} asc
</select>

调用时传入参数为IF((select user())='root@localhost',id,name)时：

针对该场景可考虑以下形式修复：

<select id="getByOrderFix" resultType="com.r17a.commonvuln.injection.sqli.mybatis.pojo.User">
    SELECT * FROM user order by
    <choose>
        <when test="coln == 'id' or coln == 'name' or coln == 'password'">
            ${coln}
        </when>
        <otherwise>
            name
        </otherwise>
    </choose>
    asc
</select>

0x03 Hibernate SQLi

Hibernate 属于全自动 ORM 映射工具，使用 Hibernate查询关联对象或者关联集合对象时，可以根据对象关系模型直接获取。Hibernate查询方式如下代码，其中的表名不能是元数据表，必须是实体类名，并且区分大小写，并且Hibernate不支持union联合查询。因此Hibernate的注入存在一定的局限性，不能像常规SQL注入一样利用。

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

上面代码采用拼接方式，当lisi' and user()='root@localhost，返回数据时证明user()='root@localhost'，没有返回数据时证明user不是root，可以导致SQL注入：

当采用占位符预编译时：

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

Loader.prepareQueryStatement()会调用QueryLoader.bindParameterValues来处理预编译情况

最终QueryLoader.bindParameterValues同样会调用JDBC的ClientPreparedStatement.setString()完成预编译来防止SQL注入