sql注入原理

SQL注入（SQL Injection）是一种常见的网络攻击手段，攻击者通过向应用程序的输入字段（如网页表单、URL参数等）中插入恶意的SQL语句，从而操控数据库执行未预期的操作。其原理基于以下几点：

1. 动态生成SQL查询：

   • 很多应用程序会根据用户输入动态生成SQL查询语句。例如，用户在登录表单中输入用户名和密码，系统会生成类似这样的SQL语句：

     SELECT * FROM users WHERE username = 'user' AND password = 'pass';

2. 不安全的输入处理：

   • 如果应用程序未对用户输入进行充分的验证或过滤，那么攻击者可以在输入中插入SQL语句，使得原本的查询语句发生改变。例如，攻击者在用户名字段输入：

     ' OR '1'='1
     

     生成的SQL查询语句可能变成：

     SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1' AND password = 'pass';
     

     由于'1'='1'始终为真，这条语句将会返回所有用户的信息，而不仅仅是正确的用户名和密码。

     场景设定

     假设一个网站的登录表单需要输入用户名和密码，然后在后台生成如下的SQL查询语句来验证用户身份：

     SELECT * FROM users WHERE username = 'user' AND password = 'pass';

     攻击者的输入

     攻击者在用户名字段输入了以下内容：

     ' OR '1'='1

     在密码字段输入了任意内容（例如pass）。此时，生成的SQL语句变成了：

     SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1' AND password = 'pass';

     SQL语句分析原始逻辑：

     • 原始查询条件是：

       WHERE username = 'user' AND password = 'pass';
       

       这个条件要求数据库中的记录必须同时满足username等于输入的用户名，并且password等于输入的密码，才会返回匹配的用户记录。

   • 注入后的逻辑：

     • 经过注入后的条件变成了：

       WHERE username = '' OR '1'='1' AND password = 'pass';
       

     • 这段条件可以分解成两个部分：
       • username = ''：这个条件试图匹配用户名为空的记录，但通常不会有这样的记录。
       • OR '1'='1'：这是一个总为True的条件（因为1始终等于1）。

     由于OR操作符的存在，只要其中一个条件为真，整个WHERE子句就为真。因为'1'='1'始终为真，所以无论用户名和密码是否匹配，整个查询条件都会被视为真。

   • 结果：

     • 由于OR '1'='1'条件始终为真，导致整个WHERE条件不再依赖于用户名和密码的匹配。因此，查询将会返回users表中的所有记录，因为在逻辑上，对于每一条记录，OR '1'='1'都成立。

3. 利用SQL的语法和逻辑：

   • 攻击者可以利用SQL的语法特性，例如利用注释符号来忽略后续SQL语句，或者通过联接多个SQL语句来执行恶意操作。例如：

     '; DROP TABLE users; --
     

     这会将SQL语句截断并执行删除表的操作，导致数据库中的users表被删除。

   • 常见的SQL注释符号

   • 单行注释 (--)

     • -- 后的内容直到行末都被视为注释，数据库引擎不会执行这些内容。
     • 例如：

       SELECT * FROM users WHERE username = 'admin' -- AND password = 'password';
       

       这条SQL语句中，--后面的AND password = 'password';会被忽略，实际执行的查询是：

       SELECT * FROM users WHERE username = 'admin';
       

   • C风格注释 (/* ... */)

     • /* 和 */ 之间的内容被视为注释，可以用于注释单行或多行内容。
     • 例如：

       SELECT * FROM users WHERE username = 'admin' /* AND password = 'password' */;
       

       这里/* AND password = 'password' */被注释，实际执行的查询是：

       SELECT * FROM users WHERE username = 'admin';

   • 利用注释符号的SQL注入攻击示例

     攻击者可以通过在输入中插入注释符号，忽略掉后续的SQL语句。例如：

     假设一个登录表单生成的SQL查询语句如下：

     SELECT * FROM users WHERE username = 'user' AND password = 'pass';

     如果攻击者在用户名字段输入以下内容：

     ' OR '1'='1 --

     生成的SQL语句将变成：

     SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1' -- AND password = 'pass'; 由于--注释符号，AND password = 'pass'部分被忽略。SQL语句实际执行的是：

   • SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1';

   • 由于'1'='1'始终为真，这将导致查询返回所有用户的数据。

4. 数据库敏感信息的泄露：

   • 通过SQL注入，攻击者可以执行查询、插入、更新、删除等操作，从而获取、修改甚至删除数据库中的敏感信息。

防御措施：

1. 使用预处理语句（Prepared Statements）和参数化查询：

   • 通过将SQL语句和数据分开处理，可以避免SQL注入。例如：

     cursor.execute("SELECT * FROM users WHERE username = ? AND password = ?", (user, pass))
     

     在这种情况下，用户输入的数据会被自动转义，防止注入。

   • 通过将SQL语句和数据分开处理，可以避免SQL注入的原因在于使用了参数化查询（Parameterized Queries）或预处理语句（Prepared Statements）。这些方法确保用户输入的数据不会被直接嵌入到SQL语句中，而是作为独立的参数传递给数据库。这样，用户输入即使包含恶意的SQL代码，也不会影响SQL语句的结构。

     具体原理

   • SQL语句模板化：

     • 在使用参数化查询时，SQL语句首先作为模板创建，其中包含占位符（如?或命名参数如%s）。这些占位符用于标记将要插入用户数据的位置，而不是将数据直接插入SQL字符串中。
     • 例如，在Python中使用sqlite3库时，可以编写如下代码：

       cursor.execute("SELECT * FROM users WHERE username = ? AND password = ?", (user, pass))
       

     • 在这个例子中，?是占位符，表示将要插入的参数。

   • 参数化处理：

     • 用户输入的数据（如用户名和密码）作为参数传递给execute方法。数据库驱动程序会将这些参数与SQL模板进行绑定，而不会将它们直接拼接到SQL字符串中。
     • 例如，上面的user和pass变量会分别绑定到?占位符上，而不是直接替换占位符。

   • 避免SQL语句结构变化：

     • 在绑定参数时，数据库驱动程序会自动将用户输入的数据进行转义和处理，以确保它们不会改变SQL语句的逻辑结构。例如，如果user变量中包含了一个恶意的SQL代码，如' OR '1'='1，它会被当作纯文本处理，而不会改变SQL查询的逻辑。
     • 因此，无论用户输入什么内容，都不会改变原有的SQL查询逻辑，从而有效防止SQL注入。

   • 示例对比

     直接拼接SQL字符串（容易遭受SQL注入）

     user_input = "' OR '1'='1" query = f"SELECT * FROM users WHERE username = '{user_input}' AND password = 'pass'" cursor.execute(query)

     生成的SQL语句是：

     SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1' AND password = 'pass';

     这个查询会返回所有用户，因为'1'='1'始终为真。

     参数化查询（安全）

     python
     

     user_input = "' OR '1'='1" cursor.execute("SELECT * FROM users WHERE username = ? AND password = ?", (user_input, 'pass'))

     生成的SQL语句是：

     sql
     

     SELECT * FROM users WHERE username = '\' OR \'1\'=\'1' AND password = 'pass';

     在这个例子中，用户输入的恶意SQL代码被当作纯文本，数据库引擎会将其视为普通的用户名，而不会改变查询逻辑。

2. 输入验证和过滤：

   • 对所有用户输入进行严格的验证和过滤，确保输入符合预期的格式，并且避免直接在SQL语句中使用未经处理的用户输入。
   • 实用性: 高。对输入进行验证和过滤是编写安全代码的基本要求，不仅可以防止SQL注入，还可以防止其他形式的攻击（如XSS）。
   • 优点:
     • 提高整体应用的安全性。
     • 可以防止多种类型的输入攻击。
   • 缺点:
     • 需要根据应用场景设计具体的验证规则，容易出错。
     • 不一定能完全防止SQL注入，特别是当验证或过滤不够严谨时。

3. 使用ORM框架：

   • 使用对象关系映射（ORM）框架可以减少直接编写SQL语句的需求，从而降低SQL注入的风险。

4. 数据库权限控制：

   • 最小权限原则，确保数据库用户只具有执行必要操作的权限，避免因SQL注入导致更严重的后果。

手动检测SQL注入

手动检测SQL注入涉及通过手动输入恶意字符串并观察应用程序的响应，以确定应用程序是否易受SQL注入攻击。

步骤

1. 识别输入点：

   • 找到应用程序中接受用户输入并将其用于数据库查询的地方。例如，登录表单、搜索框、URL参数等。

2. 初步测试：

   • 在可疑的输入点输入一些典型的注入载荷，并观察应用程序的反应。例如：
     • 输入单引号'：如果返回数据库错误信息，可能存在SQL注入。
     • 输入 OR '1'='1' -- 或 OR '1'='1' /*：试图通过条件始终为真的语句绕过身份验证。

3. 更深入的测试：

   • 联合查询测试：
     • 使用UNION关键字尝试联合查询。例如：

       ' UNION SELECT null,null,null --
       

     • 逐步增加返回列的数量，以确认列数和数据类型
     • 举例：

       联合查询测试是通过使用UNION关键字，将攻击者的查询结果与原始查询结果合并，从而试图获取更多信息或注入数据的一种SQL注入攻击方式。

       联合查询测试的原理

       UNION关键字允许将两条或多条SELECT语句的结果合并到一个结果集中。要成功执行UNION操作，两个查询的列数和数据类型必须匹配。

       步骤详解

     • 初始测试：

       • 攻击者通常会在输入点输入一个带有UNION SELECT的语句。例如：
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT null,null,null --

       • 这个语句的作用是尝试将SELECT null,null,null的结果与前一个查询结果合并。如果查询成功，说明攻击者注入的查询列数与原始查询的列数匹配。

     • 确认列数：

       • 如果UNION SELECT null,null,null --没有产生错误，那么查询的列数可能是3。
       • 如果出现错误，表示列数不匹配，攻击者会调整null的数量。例如，尝试：
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT null,null --

         或
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT null,null,null,null --

       • 通过不断增加或减少null的数量，直到不再出现错误，从而确定列数。

     • 数据类型确认：

       • 一旦确定列数，下一步是确认每一列的数据类型。攻击者会尝试插入特定的数据类型值，如字符串、数字等。例如：
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT 1,'a',null --

       • 如果该查询成功执行且没有报错，表明第二列可能是字符串类型。
       • 攻击者会继续尝试其他类型的数据，直到识别出每一列的数据类型。

     • 获取有用信息：

       • 确认列数和数据类型后，攻击者可以替换null值为实际的查询或敏感数据的列名。例如：
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT username, password, null FROM users --

       • 这样，攻击者可以将数据库中的敏感信息（如用户名和密码）与原始查询结果一起返回。

     • 示例

       假设原始查询为：

       sql

       复制代码

       SELECT id, name, email FROM users WHERE id = '1';

       攻击者输入以下注入语句：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT null,null,null --

       结果返回错误，说明列数不匹配。攻击者尝试减少null值：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT null,null --

       仍然错误。最后攻击者尝试：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT null,null,null,null --

       如果查询成功，则原查询表可能有4列。接下来，攻击者可以通过注入：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT 1,'a',null,null --

       来测试第二列是否为字符串类型。最终，他们可以通过类似下面的语句提取数据库信息：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT username, password, null,null FROM users --

       关键点

     • 列数和数据类型必须匹配：UNION操作要求两边的查询有相同数量的列，并且对应位置的列数据类型相兼容。
     • 逐步测试：攻击者会逐步增加或减少null的数量，直到找到正确的列数。
     • 返回有用信息：在确定列数和类型后，攻击者会利用UNION注入获取敏感数据。

     • 在SQL注入攻击中，1'是一个恶意输入的片段，用于引发SQL查询语句的结构性变化，从而实现注入攻击。

       解释

     • 1'的作用：

       • 1 是数字常量，可能是原始查询语句的一部分。
       • ' 是单引号，通常用于包围字符串常量。在这种情况下，单引号被用来结束原始SQL语句中的字符串。

       例如，假设原始查询语句是：

       sql

       复制代码

       SELECT * FROM users WHERE id = '1';

       如果用户输入1'，那么最终的SQL语句变成：

       sql

       复制代码

       SELECT * FROM users WHERE id = '1'';

       这将导致SQL语法错误，因为1''中的双引号是不合法的字符串结束符。

     • 利用错误引入SQL注入：

       • 攻击者利用这个错误通过加入SQL关键字（例如UNION），并操控原始查询语句：
         sql

         复制代码

         1' UNION SELECT null,null,null --

       • 上述输入会导致SQL语句变成：
         sql

         复制代码

         SELECT * FROM users WHERE id = '1' UNION SELECT null,null,null -- ';

         这里：
         • 1'关闭了原本的字符串字面量。
         • UNION SELECT null,null,null 是攻击者添加的新查询部分，用于联合原始查询。
         • -- 是SQL注释符号，注释掉了后面的部分，使其不再参与查询执行。

     • 最终效果

     • 成功注入的SQL语句： 如果SQL语句成功执行，将会执行UNION语句，将SELECT null,null,null的结果与原查询的结果合并。

     • 原查询被修改： 通过1' UNION ... --这样的构造，攻击者可以将自己的SQL语句注入到原查询中，从而访问或操纵数据库中的数据。

     • 在SQL注入攻击中，利用UNION关键字可以将攻击者构造的查询结果与原始查询结果合并，从而达到提取数据库敏感信息的目的。以下是这类注入语句工作的详细原理：

       语句分析

       假设攻击者使用以下语句进行注入：

       sql

       复制代码

       1' UNION SELECT username, password, null,null FROM users --

       这句话被拼接进原始SQL查询中，例如，原始查询可能是：

       sql

       复制代码

       SELECT id, name, email FROM users WHERE id = '1';

       拼接后的SQL语句

       在注入之后，SQL查询变成：

       sql

       复制代码

       SELECT id, name, email FROM users WHERE id = '1' UNION SELECT username, password, null, null FROM users --';

       分析步骤

     • 原始查询部分：

       • 原始查询为：
         sql

         复制代码

         SELECT id, name, email FROM users WHERE id = '1';

         这个查询可能是根据id从users表中获取用户的id、name和email字段。

     • 注入部分：

       • 攻击者插入了：
         sql

         复制代码

         ' UNION SELECT username, password, null, null FROM users --

       • UNION关键字允许将两条SELECT语句的结果合并。这里攻击者构造了一条新的SELECT语句，用于提取users表中的username和password信息。
       • null, null 是用来填充与原查询相同的列数，因为UNION要求两条SELECT语句的列数和数据类型相同。

     • 注释符号：

       • -- 是SQL中的注释符号，它将其后的内容注释掉，使得原始SQL语句的末尾部分不再执行。例如，'; 将不会被执行，这避免了语法错误。

     • 最终效果：

       • 结果集中将包含两个查询的结果：
         • 第一部分来自于原始查询，但通常只返回一行或几行数据（例如id为1的用户）。
         • 第二部分来自于攻击者的查询，提取了所有用户的username和password。

     • 利用UNION合并结果集：

       • UNION将攻击者的查询结果与原查询结果合并，因此只要攻击者的查询语句合法，并且数据类型匹配，他们就可以将敏感信息包括在结果集中返回。

     • 突破应用层过滤：

       • 如果应用程序的前端代码仅简单地显示查询结果，而没有做进一步处理，数据库返回的数据（包括攻击者注入的数据）可能直接显示在页面上。

     • 信息泄露：

       • 通过这种方式，攻击者可以在不修改前端代码的情况下，利用后端数据库的查询能力提取敏感数据，例如用户的用户名和密码。

     • 结论

       通过1' UNION SELECT username, password, null,null FROM users --这样的注入语句，攻击者能够突破原有的SQL查询结构，利用UNION合并的功能，成功提取数据库中的敏感信息，如用户名和密码。这种攻击利用了SQL查询的灵活性以及应用程序对用户输入的缺乏有效过滤。

       为什么能提取数据库信息

     • 利用UNION合并结果集：

       • UNION将攻击者的查询结果与原查询结果合并，因此只要攻击者的查询语句合法，并且数据类型匹配，他们就可以将敏感信息包括在结果集中返回。

     • 突破应用层过滤：

       • 如果应用程序的前端代码仅简单地显示查询结果，而没有做进一步处理，数据库返回的数据（包括攻击者注入的数据）可能直接显示在页面上。

     • 信息泄露：

       • 通过这种方式，攻击者可以在不修改前端代码的情况下，利用后端数据库的查询能力提取敏感数据，例如用户的用户名和密码。

       • 在SQL语句中使用UNION关键字时，要求被合并的两个SELECT语句的列数和数据类型必须匹配。如果这两个条件不满足，SQL引擎将会抛出错误。

         具体解释：

       • 列数匹配：
         • 当你使用UNION时，前后两个SELECT语句所返回的结果集必须具有相同数量的列。例如，如果第一个SELECT语句返回了3列，第二个SELECT语句也必须返回3列。
       • 数据类型匹配：
         • 不仅列数需要匹配，对应位置的列的数据类型也应该兼容。例如，如果第一个SELECT语句的第一列是整数类型，那么第二个SELECT语句的第一列应该是整数类型或者是可以转换为整数的数据类型。

       • null, null 的作用：

       • 在这个注入场景中，攻击者往往不知道原始查询的确切列数和数据类型。为了让注入的UNION查询语句能够成功执行，攻击者通常会使用null来填充列。

       • null的好处：

         • null是一种通用的值，可以被SQL引擎接受为任何数据类型。无论原查询的列是整数、字符串、日期等，null都可以匹配。因此，使用null可以确保UNION查询在数据类型匹配上不会出错。

       • 例如：

         • 如果原始查询为：
           sql

           复制代码

           SELECT id, name, email FROM users WHERE id = '1';

           这个查询返回了3列：id（可能是整数类型）、name（字符串类型）、email（字符串类型）。
         • 攻击者可以构造如下的注入语句：
           sql

           复制代码

           ' UNION SELECT username, password, null FROM users --

           在这个例子中，username替代了id，password替代了name，但攻击者不知道第三列的具体数据类型，因此使用了null来占位。null可以适应第三列的任何数据类型，使得整个UNION查询语句能够成功执行。

       • 总结

       • null, null填充列数：null用于填充额外的列，以保证注入的SELECT语句与原始查询的列数相同。
       • 匹配数据类型：由于null可以适应任何数据类型，它是SQL注入中一种安全的选择，确保UNION查询语句能够成功执行，而不会因为数据类型不匹配而导致SQL语法错误。

       • 这就是为什么在SQL注入攻击中，经常看到攻击者使用null来填充和匹配列的原因。

   • 布尔盲注：
     • 通过传递布尔条件测试响应差异。例如：

       ' AND 1=1 -- ' AND 1=2 --
       

     • 比较两次响应是否不同，以确定应用程序是否执行了SQL注入。

     • 检测和利用

     • 获取更多信息：
       • 攻击者可以利用布尔盲注逐步探测数据库结构。例如，通过测试不同的布尔条件，逐步猜测表名、列名、数据等。
     • 信息泄露：
       • 通过布尔盲注，攻击者可以推断数据库的内容。例如，使用如下条件判断某个字段是否包含特定值：
         sql

         复制代码

         ' AND (SELECT SUBSTRING(password,1,1) FROM users WHERE username='admin')='a' --

       • 如果条件为真，则返回的响应与布尔条件为真时相同，否则不同。
   • 时间盲注：
     • 使用延时函数（如SLEEP()）测试注入。例如：

       ' AND SLEEP(5) --
       

     • 如果页面延迟响应，表明可能存在注入。

     • 确定注入位置：

       • 攻击者可以逐步增加延时函数的时间，例如从1秒到10秒，以确认注入的影响和效果。

     • 数据推断：

       • 在某些情况下，攻击者可以结合延时函数和其他SQL注入技术来推测数据库内容。例如，可以通过复杂的查询逻辑和延时函数来判断数据的存在与否。

     • 测试各种条件：

       • 可以使用不同的布尔条件与延时函数结合，以确定查询是否容易受到注入攻击。例如：
         sql

         复制代码

         ' AND IF(1=1, SLEEP(5), 0) --

       • 这种注入测试可以帮助攻击者进一步了解应用程序对SQL注入的处理情况。

     • 注意事项

     • 数据库和环境依赖：

       • 延时函数的具体名称和实现可能因数据库系统而异。例如，MySQL 使用 SLEEP()，PostgreSQL 使用 pg_sleep()。

     • 防御措施：

       • 应用程序应避免直接将用户输入插入到SQL查询中，使用参数化查询或预处理语句来防止SQL注入。
       • 还可以实现网络层和应用层的安全措施，如Web应用防火墙（WAF）来检测和阻止恶意请求。

4. 利用注释符号：

   • 尝试在输入中使用注释符号（--, #, /* ... */）截断或注释掉原本的SQL代码，看看是否能改变查询逻辑。

5. 分析响应：

   • 错误消息：通过返回的错误消息，可以了解数据库类型和结构信息，帮助进一步的攻击。
   • 行为变化：观察到应用程序的行为（如页面加载时间、返回的数据变化等）可以推测SQL语句的执行情况。

6. 确认漏洞：

   • 使用组合注入测试，例如联合查询加上时间盲注，确认注入点的存在。