问题

数据库预编译为何能防止SQL注入?

回答
数据库预编译之所以能有效防止SQL注入,关键在于它将SQL语句的结构和要处理的数据分离开来,从根本上切断了注入攻击利用数据来改变SQL语句逻辑的途径。

咱们先不谈什么“AI撰写”,就拿咱们平时做事情来说,假设你要给一个朋友写一封信,信的内容是“你好,[朋友的名字]”。这个“朋友的名字”是你后来想好填进去的,对吧?你不会把“你好,[朋友的名字]”这句话本身当作你的朋友的名字来写。预编译SQL语句的处理方式,就有点像这样。

我们用一个具体的例子来说明。假设我们有一个用户登录的场景,数据库里有一个`users`表,里面有`username`和`password`字段。

未预编译的、容易受到SQL注入的写法(不推荐!):

```sql
String username = request.getParameter("username"); // 从用户输入获取用户名
String password = request.getParameter("password"); // 从用户输入获取密码

String sql = "SELECT FROM users WHERE username = '" + username + "' AND password = '" + password + "'";
// ... 执行这个sql语句 ...
```

现在,假设一个恶意用户在用户名输入框里输入了:

`' OR '1'='1`

那么,拼接后的SQL语句会变成:

`SELECT FROM users WHERE username = '' OR '1'='1' AND password = '...'`

看到了吗?原本用于指定用户名的部分,被恶意地注入了一段逻辑 (`' OR '1'='1'`)。这个逻辑非常简单粗暴:它不管`username`字段实际是什么,因为 `'1'='1'` 永远为真。所以,这条SQL语句会返回所有用户的数据,而不是只返回特定用户的记录。如果再配合一些技巧,甚至可以绕过密码校验,直接登录。

为什么会这样?

是因为在上面的代码里,用户输入的`username`和`password`直接被当成了SQL语句的一部分,是代码和数据混在一起了。数据库服务器在解析这条SQL语句时,是将引号内的所有内容都当作SQL代码来执行的。

数据库预编译是怎么做的呢?

预编译,顾名思义,就是先准备好SQL语句的“骨架”,然后再把具体的数据“塞”进去。它通常包含两个主要步骤:

1. 准备(Prepare): 数据库服务器接收到SQL语句的“模板”后,会先对这个模板进行解析、编译、优化,生成一个执行计划。这个过程中,数据库识别出哪些是SQL的关键字、哪些是操作符、哪些是数据的占位符。数据库会明确知道:“这里应该放一个字符串用于比较,那里应该放一个字符串用于比较。”
2. 执行(Execute): 然后,我们再将实际的用户输入(数据)以参数的形式传递给数据库服务器。数据库会把这些参数安全地“填充”到预编译好的SQL语句的占位符位置上。最关键的是,数据库绝对不会将这些参数当作SQL代码来解析。它们被视为纯粹的数据。

用我们刚才的登录例子,预编译会是这样的:

```java
// 假设你正在使用JDBC (Java Database Connectivity)
String sql = "SELECT FROM users WHERE username = ? AND password = ?"; // 使用问号作为占位符

PreparedStatement pstmt = connection.prepareStatement(sql); // 1. 准备SQL语句

String username = request.getParameter("username"); // 从用户输入获取用户名
String password = request.getParameter("password"); // 从用户输入获取密码

pstmt.setString(1, username); // 2. 将第一个占位符(username)设置为用户输入的字符串
pstmt.setString(2, password); // 2. 将第二个占位符(password)设置为用户输入的字符串

ResultSet rs = pstmt.executeQuery(); // 执行查询
```

现在,即使恶意用户在用户名输入框里输入 `' OR '1'='1`,数据库服务器在执行`pstmt.setString(1, username)`时,会把`' OR '1'='1`这整个字符串,原封不动地作为username字段的真实值来处理。它不会去解析`' OR '1'='1'`这段字符串里的引号、`OR`、`=`这些SQL关键字。对数据库来说,它就是一条很长的字符串,比如它可能会去数据库里找一个实际的用户名就是 `' OR '1'='1` 的用户。而因为数据库知道`?`代表的是参数值,所以它不会把这个参数值当成指令来执行。

总结一下预编译防止SQL注入的原理:

分离代码与数据: 预编译的核心是将SQL语句的结构(代码)与要处理的数据明确区分开。数据库知道哪里是SQL关键字,哪里是数据。
数据被当作字面量: 传递给预编译语句的参数,无论里面包含什么字符,都被数据库视为数据本身,而不是SQL代码的一部分。它们会被正确地转义或者以二进制形式处理,确保它们不会干扰SQL语句的逻辑结构。
编译一次,执行多次(可选但常见): 预编译的语句在第一次执行前会被编译和优化,生成执行计划。后续的执行只需要传入不同的参数即可,这在性能上也有优势。但对于防注入来说,关键在于第一次的“准备”过程。

所以,预编译就像是一个很规范的信件填写流程:你先有一个信封和信纸的模板(预编译的SQL结构),上面标明了“收件人姓名”、“地址”等需要填写的栏目(占位符)。然后你再把朋友的名字、地址等信息(用户输入的数据)单独写在纸条上,小心地放进对应的栏目里。你不会把“请在此填写朋友的名字”这句话直接当成你朋友的名字去写信,对吧?数据库也是同样,它不会把占位符里的内容当成指令去执行。

这就是预编译能够有效防止SQL注入的根本原因,它通过严格的结构和数据的隔离,让恶意注入的代码无处可施。

网友意见

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SQL注入(SQL injection)攻击,是发生于应用程序与数据库层的安全漏洞。指的是用户是在输入的字符串之中注入SQL指令,进而发动攻击的行为。

如果在程序当中忽略了对用户输入字符的检查,则很有可能使得攻击者恶意注入的指令被数据库误认为是正常的SQL指令而运行,进而使得系统遭到破坏或者是入侵。

栈溢出,SQL注入攻击等,这一类注入攻击的本质,都是把用户输入的数据误当作了代码来执行。XSS攻击,在本质上也属于是一种针对HTML的注入攻击。

换成SQL注入,那就是用户提交的数据,被数据库系统编译而产生了服务提供者预料之外的非“数据”行为,注入攻击能够得以实施的两个关键条件在于:

  • 用户能够控制输入,或者说需要用户提供部分输入数据
  • 用户提供的输入数据和原本程序要执行的代码进行了拼接

第二步拼接的过程极为关键,正是这个步骤导致了注入的发生。

当我们访问动态网页时, web服务器会向数据访问层发起SQL查询请求,如果权限验证通过就会执行SQL语句,而很多时候这类SQL查询请求并不是固定的格式,而是要结合用户的输入数据来动态构造的。

如果用户故意输入恶意构造的SQL代码,而某些程序中又恰好编写了不安全的代码、对于变量处理不当,或者是没有对当前用户提交的数据类型进行校验,以及未对动态构造的SQL语句使用的参数进行审查,则都有可能使得非法分子构造非法的SQL语句或字符串,进而造成SQL注入攻击。

防范这类问题的方法有很多,注入严格检查和过滤用户提交的数据等,使用安全的存储过程和安全的编码函数来对抗SQL注入,有一个很重要的方法那便是使用预编译语句来保证SQL语句语义的不变性,从而摆脱了SQL语句的动态构造过程。

比起检查和过滤等方法,数据库预编译能够绝对避免数据变成代码被执行,时刻将数据和所要执行的代码隔离开来。通过在SQL语句中放置占位符来,然后将带有占位符的SQL语句传给数据库编译,执行的时候才将用户输入的数据作为执行的参数传给用户这一方法,使得其能够拥有防止SQL注入攻击的能力。

这样的操作,使得SQL语句在书写的时候不再需要拼接,而是通过用户输入的内容来自动填充预设SQL语句的配位符,从而避免通过程序判断生成SQL语句。

虽然没有控制用户的输入数据,但是从根本上断绝了用户数据被送到SQL解释器进行编译和执行的过程,也就避免了“数据”越权上位,成为“代码”,成为SQL语句查询逻辑的一部分了。

之前还写过一篇SQL注入相关的文章,里面举了一个关于SQL注入的小栗子,感兴趣的可以看看

愈发严格的过滤手段、预编译语句的使用、许多成熟框架与组件的不断更迭和推广,使得许多SQL注入攻击都消声觅迹了,看到参数就加个单引号的事情应该再也不会发生了。

但是,SQL注入作为一个古老的攻击方式,并不会轻易地消失。

但是,倘若有人因为SQL注入攻击存在的问题,而放弃使用SQL,那么这无疑是因噎废食的行为。

因为,这不仅仅是SQL语言的问题,而是只要有数据和代码未曾分离的地方,便都是注入攻击的可寻之地。

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