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1 简介
1.1 普通SQL注入技术概述
目前没有对SQL注入技术的标准定义，微软中国技术中心从2个方面进行了描述[1]：
(1) 脚本注入式的攻击
(2) 恶意用户输入用来影响被执行的SQL脚本
根据Chris Anley的定义[2],
当一个攻击者通过在查询语句中插入一系列的SQL语句来将数据写入到应用程序中，这种方法就可以定义成SQL注入。Stephen
Kost[3]给出了这种攻击形式的另一个特征，“从一个数据库获得未经授权的访问和直接检索”，SQL注入攻击就其本质而言，它利用的工具是SQL的语法，针对的是应用程序开发者编程过程中的漏洞，“当攻击者能够操作数据，往应用程序中插入一些SQL语句时，SQL注入攻击就发生了”。实际上，SQL注入是存在于常见的多连接的应用程序中一种漏洞，攻击者通过在应用程序中预先定义好的查询语句结尾加上额外的SQL语句元素，欺骗数据库服务器执行非授权的任意查询。这类应用程序一般是网络应用程序(Web
Application)，它允许用户输入查询条件，并将查询条件嵌入SQL请求语句中，发送到与该应用程序相关联的数据库服务器中去执行。通过构造一些畸形的输入，攻击者能够操作这种请求语句去获取预先未知的结果。
在风险方面，SQL注入攻击是位居前列的，与缓冲区溢出等漏洞基本相当。而且如果要实施缓冲区溢出攻击，攻击者必须首先能绕过站点的防火墙；而对于SQL注入攻击，由于防火墙为了使用户能访问网络应用程序，必须允许从Internet到Web服务器的正向连接，因此一旦网络应用程序有注入漏洞，攻击者就可以直接访问数据库进而甚至能够获得数据库所在的服务器的访问权，因此在某些情况下，SQL注入攻击的风险要高于所有其他漏洞。
SQL注入攻击利用的是SQL语法，这使得这种攻击具有广泛性。理论上说，对于所有基于SQL语言标准的数据库软件包括SQL Server，Oracle，MySQL,
DB2，Informix等以及与之连接的网络应用程序包括Active/Java Server Pages, Cold Fusion Management,
PHP或Perl等都是有效的。当然各种软件有自身的特点，实际的攻击代码可能不尽相同。SQL注入攻击的原理相对简单，且各类基于数据库系统的应用程序被广泛使用，介绍注入漏洞和利用方法的公开出版物也大量问世，造成近年SQL注入攻击的数量一直增长，注入攻击的形式也有被滥用的趋势。
关于针对MS SQL Server的普通SQL注入技术的详细介绍，可以参考Chris
Anley所撰的“SQL Server应用程序中的高级SQL注入”[2]一文和其后续“更多的高级SQL注入”[4]，Cesar
Cerrundo所撰的“利用SQL注入操纵Microsoft SQL Server” [5]一文，以及SPI实验室的Kevin
Spett撰写的白皮书“SQL注入 你的网络应用程序是否会受攻击？” [6]；而针对Oracle的普通SQL注入技术介绍，可以参考Stephen
Kost的“针对Oracle开发人员的SQL注入攻击简介”[3]一文。
1.2 SQL注入攻击的防御手段
由于越来越多的攻击利用了SQL注入技术，也随之产生了很多试图解决注入漏洞的方案。目前被提出的方案有：
(1)
在服务端正式处理之前对提交数据的合法性进行检查；
(2) 封装客户端提交信息；
(3) 替换或删除敏感字符/字符串；
(4)
屏蔽出错信息。
方案(1)被公认是最根本的解决方案，在确认客户端的输入合法之前，服务端拒绝进行关键性的处理操作，不过这需要开发者能够以一种安全的方式来构建网络应用程序，虽然已有大量针对在网络应用程序开发中如何安全地访问数据库的文档出版，但仍然有很多开发者缺乏足够的安全意识，造成开发出的产品中依旧存在注入漏洞；方案(2)的做法需要RDBMS的支持，目前只有Oracle采用该技术；方案(3)则是一种不完全的解决措施，例如，当客户端的输入为“…ccmdmcmdd…”时,在对敏感字符串“cmd”替换删除以后，剩下的字符正好是“…cmd…”；方案(4)是目前最常被采用的方法，很多安全文档都认为SQL注入攻击需要通过错误信息收集信息，有些甚至声称某些特殊的任务若缺乏详细的错误信息则不能完成，这使很多安全专家形成一种观念，即注入攻击在缺乏详细错误的情况下不能实施。
而实际上，屏蔽错误信息是在服务端处理完毕之后进行补救，攻击其实已经发生，只是企图阻止攻击者知道攻击的结果而已。本文所介绍SQL盲注技术就是一些攻击者使用的新技术，其在错误信息被屏蔽的情况下使攻击者仍能获得所需的信息，并继续实施注入攻击。
1.3 本文的结构组织
为了理解盲注攻击，我们首先将介绍确定SQL注入漏洞所需的服务器的最小响应；其次，我们将构造一个合乎语法的SQL请求，并可以将之替换成任何有效的SQL请求；最后，我们将讨论在没有详细错误信息的情况下如何利用UNION
SELECT语句。本文所讨论的盲注攻击的条件是我们在攻击前对网络应用程序、数据库类型、表结构等等信息都一无所知，这些信息都需要在注入的过程中通过探测获得。
2 确定注入漏洞
要进行SQL注入攻击，首先当然是确认要攻击的网络应用程序存在注入漏洞，因此攻击者首先必须能确立一些与服务器产生的错误相关的提示类型。尽管错误信息本身已被屏蔽，网络应用程序仍然具有能区分正确请求和错误请求的能力，攻击者只需要学习去识别这些提示，寻找相关错误，并确认其是否和SQL相关。
2.1 识别错误
一个网络应用程序主要会产生两种类型的错误，第一种是由Web服务器产生的代码异常(exception)，类似于“500:Internal Server
Error”，通常如果SQL注入语句出现语法错误，比如出现未闭合的引号，就会使服务器抛出这类异常。如果要屏蔽该类错误，一般会采用将默认的错误信息替换成一个事先定制的HTML页面，但只要观察到有这种响应出现，就可以确认其实是发生了服务器错误。在其他情况下，为了进一步屏蔽该类错误，有些服务器一出现异常，会简单地跳转到主页面或前一个访问过的页面，
或者显示一条简单的错误消息但不提供任何细节。
第二类错误是由应用程序代码产生的，这代表其开发者有较好的编程习惯。这类应用程序考虑到可能会出现一些无效的情况，并分别为之产生了一个特定的错误信息。尽管出现这类错误一般会返回一个请求有效的响应(200
OK)，但页面仍然会跳转到主页面，或者采用某种隐藏信息的办法，类似于“Internal Server
Error”。
为了区分这两种错误，我们看一个例子：有两个电子商务的应用程序，A和B，两个应用程序都使用同一个叫proddetails.asp的页面，该页面期待获得一个参数，叫ProdID。它获取该参数后，从数据库中提取相应的产品详细信息数据，然后对返回的结果进行一些处理。两个应用程序都是通过一个产品列表页面上的链接调用proddetails.asp，因此能保证ProdID一直都是存在且有效的。应用程序A认为这样就不会出现问题，因此对参数不做额外的检查，而如果攻击者篡改了ProdID，插入了一个在数据表中不存在的id，数据库就会返回一个空记录。由于应用程序A没有料到可能会出现空记录，当它试图去处理该记录中的数据时，就可能会出现异常，产生一个“500:Internal
Server
Error”。而应用程序B，会在对记录进行处理前确认记录的大小超过0，如果是空记录，则会出现一个错误提示“该产品不存在”，或者开发者为了隐藏该错误，会将页面重新定位到产品的列表页面。
因此攻击者为了进行SQL盲注，会首先尝试提交一些无效的请求，并观察应用程序如何处理这些错误，以及如果出现SQL错误会发生什么情况。
2.2 定位错误
对要攻击的应用程序有了初步的认识后，攻击者会试图定位由人为构造的输入而产生的错误信息。这时，攻击者就会使用标准的SQL注入测试技术，比如添加一些SQL关键字（如OR，AND等）和一些META字符（如;或’等）。每一个参数都被独立地进行测试，而获得的响应将被检验用来判断是否产生了错误。通过一个拦截代理服务器(intercepting
proxy)或者类似的工具可以方便地识别页面跳转和其他一些可预测的隐藏错误，而任何一个返回错误的参数都有可能存在SQL注入漏洞。而在单独测试每个参数过程中，必须保证其他参数都是有效的，因为需要避免除注入以外任何其他可能的原因所导致的错误影响了判断结果。测试的结果一般是一个可疑参数的列表，列表中的一些参数可能的确可以进行注入利用，另外一些参数则可能是由一些SQL无关的错误所造成，因此需要被剔除。攻击者接下来就需要从这些参数中挑选真正存在注入漏洞的参数，我们称之为确定注入点。
2.3 确定注入点
SQL字段可以被划分为三个主要类型：数字、字符串和日期。虽然每个类型都有其特点，但却与注入的过程无关。每一个从网络应用程序提交给SQL查询的参数都属于以上三个类型中的一类，其中数字参数被直接提交给服务器，而字符串和日期则需要加上引号才被提交，例如：
SELECT * FROM Products WHERE ProdID = 4
与
SELECT * FROM Products
WHERE ProdName = ‘Book‘
而SQL服务器，并不关心它接受到的是什么类型的参数表达式，只要该表达式是相关的类型即可。而这个特点则使攻击者能够很容易地确认一个错误是否和SQL相关。如果是数字类型，最简单的处理办法是使用基本的算术操作，例如以下请求：
/mysite/proddetails.asp?ProdID=4
测试该参数的一种办法是插入4’作为参数，另一种是使用3+1作为参数，假设这两个参数已直接被提交给SQL请求语句，则将形成以下两个SQL请求语句：
(1) SELECT * FROM Products WHERE ProdID = 4‘
(2) SELECT * FROM Products
WHERE ProdID = 3 + 1
第一个SQL语法有问题，将一定会产生一个错误，而第二个如果被顺利地执行，返回和最初的请求（即ProdID等于4）一样的产品信息，这就提示该参数是存在注入漏洞的。
类似的技术可以被应用于用一个符合SQL语法的字符串表达式替换该参数，这里有两个区别：第一，字符串表示式是放在引号中的，因此需要阻断引号；第二，不同的SQL服务器连结字符串的语法不同，比如MS
SQL Server使用符号+来连结字符串，而Oracle使用符号||来连结。例如以下请求：
/mysite/proddetails.asp?ProdName=Book
要测试该ProdName参数是否有注入漏洞，可以先其替换成一个无效的字符串比如Book’，然后再替换成一个可能生成正确字符串的表达式，比如B’+’ook（对于Oracle，是B’||’ook）。这就会形成以下两个SQL请求语句：
(1) SELECT * FROM Products WHERE ProdName = ‘Book‘‘
(2) SELECT * FROM
Products WHERE ProdID = ‘B‘ + ‘ook‘
则第一个仍然可能产生一个SQL错误，而第二个则可能返回和最初的请求一样的值为Book的产品。
我们注意到，即使应用程序已经过滤了’和+等META字符，我们仍然可以在输入时过把字符转换成URL编码（即字符ASCII码的16进制）来绕过检查，例如：
/mysite/proddetails.asp?ProdID=3+1就等于/mysite/proddetails.asp?ProdID=3%2B1
/mysite/proddetails.asp?ProdID=B’+’ook就等于/mysite/proddetails.asp?ProdID=B%27%2B%27ook
类似的，任何表达式都可以用来替换最初的参数。而特殊的系统函数也可以被用来提交以返回一个数字，一个字符串或一个日期，比如Oracle中sysdate返回一个日期表达式，而在SQL
Server中，getdate()会返回日期表达式。其他的技术同样可以被用来判断是否存在SQL注入漏洞。
通过以上介绍可以发现，即使没有详细的错误信息，对于攻击者来说，判断是否存在SQL注入漏洞仍然是一个非常简单的任务。
3 实施注入攻击
攻击者在确定注入点后，就要尝试进行注入利用，这需要其能确定符合SQL语法的注入请求表达式，判断出后台数据库的类型，然后构造出所需的利用代码。
3.1 确定正确的注入句法
这是SQL盲注攻击中最难也最有技巧的步骤，如果最初的SQL请求语句很简单，那么确定正确的注入语法也相对容易，而如果最初的SQL请求语句较复杂，那么要想突破其限制就需要多次的尝试，但进行这些尝试所需要的基本技术却是非常简单。
确定基本的句法的过程即通过标准的SELECT …
WHERE语句，被注入的参数（即注入点）就是WHERE语句的一部分。为了确定正确的注入句法，攻击者必须能够在最初的WHERE语句后添加其他数据，使其能返回非预期的结果。对一些简单的应用程序，仅仅加上OR
1=1就可以完成，但在大多数情况下如果想构造出成功的利用代码，这样做当然是不够的。经常需要解决的问题是如何配对插入语符号（parenthesis，比如成对的括号），使之能与前面的已使用的符号，比如左括号匹配。另外常见的问题是一个被篡改的请求语句可能会导致应用程序产生其他错误，这个错误往往难于和一个SQL错误相区分，比如应用程序一次如果只能处理一个记录，在请求语句后添加OR
1=1可能使数据库返回1000条记录，这时就会产生错误。由于WHERE语句本质上是一串通过OR、AND或插入语符号连接起来的值为TRUE或FALSE的表达式，因此要想确定正确的注入句法，关键就在于能否成功地突破插入语符号限制并能顺利地结束请求语句，这就需要进行多次组合测试。例如，添加AND
1=2能将整个表达式的值变为FALSE，而添加OR 1=2则不会对整个表达式的值产生影响（除非操作符有优先级）。
对于一些注入利用，仅仅改变WHERE语句就足够了，但对于其他情况，比如UNION SELECT注入或存储过程（stored
procedures）注入，还需要能先顺利地结束整个SQL请求语句，然后才能添加其他攻击者所需要的SQL语句。在这种情况下，攻击者可以选择使用SQL注释符号来结束语句，该符号是两个连续的破折号（--），它要求SQL
Server忽略其后同一行的所有输入。例如，一个登录页面需要访问者输入用户名和密码，并将其提交给SQL请求语句：
SELECT Username,
UserID, Password FROM Users WHERE Username = ‘user’ AND Password = ‘pass’
通过输入john’--作为用户名，将会构造出以下WHERE语句：
WHERE Username = ‘john’ --‘AND
Password = ‘pass’
这时，该语句不但符合SQL语法，而且还使用户跳过了密码认证。但是如果是另外一种WHERE语句：
WHERE (Username = ‘user’ AND Password = ‘pass’)
注意到这里出现了插入语符号，这时再使用john’--作为用户名，请求语句就会错误：
WHERE (Username =
‘john‘ --‘ AND Password = ‘pass’)
这是因为有未配对的插入语符号，请求语句就不会被执行。
这个例子显示出使用注释符号能够用来判断请求语句是否被顺利地结束了，如果添加了注释符号且没有产生错误，这就意味着注释符号前的语句已经顺利地被结束。如果出现了错误，这就需要攻击者进行更多的请求尝试。
3.2 判断数据库类型
攻击者一旦确定了正确的注入句法后，就会开始利用注入去判断后台数据库的类型，这个步骤比确定注入句法要简单得多。攻击者一般会使用以下几种技巧，这些技巧是基于不同类型数据库引擎在具体实现上的差异。下面只介绍如何区分Oracle和MS
SQL Server：
最简单的办法，就是前面提到的利用字符串的连结符号，在注入句法已经确定的情况下，攻击者可以对WHERE语句*地添加额外的表达式，那么就可以利用字符串的比较来区分数据库，例如：
AND ‘xxx‘ = ‘x‘ + ‘xx‘ （或者 AND %27xxx%27+%3D+%27x%27+%2B+%27xx%27）
通过将+替换成||，就可以判断出是数据库是Oracle还是MS SQL Server，或者是其他类型。
其他的办法是利用分号字符（即；），在SQL中，分号是用来将几个SQL语句连接在同一行中。在注入时，也可以在注入代码中使用分号，但Oracle驱动程序却不允许这样使用分号。假设在前面使用注释符号时没有出现错误，那么在注释符号前加上分号对MS
SQL Server是没有影响的，但如果是Oracle就会产生错误。另外，还可以使用COMMIT语句来确认是否允许在分号后再执行其他语句(例如，注入语句xxx‘
; COMMIT --)，如果没有出现错误就可以认为允许多句执行。
最后，表达式还可以被替换成能返回正确值的系统函数，由于不同类型的数据库使用的系统函数也是不同的，因此也可以通过使用系统函数来确定数据库类型，比如2.3节提到的MS
SQL Server的日期函数getdate()与Oracle的sysdate.
3.3 构造注入利用代码
当所有相关的信息都已获得后，攻击者就可以开始进行注入利用，而且在构造注入利用代码过程中也不再需要详细的错误信息，构造利用代码本身可以参考其他描述标准SQL注入攻击的文档。
由于对于普通的SQL注入利用，已经有很多其他论文进行了详细的讨论，故本文只会在下一节介绍一种UNION SELECT注入。
4 UNION SELECT注入
尽管通过篡改SELECT…WHERE语句来注入对于很多应用程序非常有效，但在盲注情况下，攻击者仍然愿意使用UNION
SELECT语句，这是因为与WHERE语句所进行的操作不同，使用UNION SELECT可以让攻击者在没有错误信息的情况下依然能访问数据库中所有表。
进行UNION
SELECT注入需要预先获知数据库的表中的字段个数和类型，而这些信息一般被认为在没有详细错误信息的提示下是不可能获得的，但本文下面就将给出解决该问题的方法。
另外需要注意的是，进行UNION
SELECT的前提是攻击者已经确定了正确的注入句法，本文的前面一节已经阐明了这在盲注条件下是可以实现的，而且在使用UNION
SELECT语句之前，SQL语句中所有的插入语符号都应该已经完成配对，从而可以*地使用UNION或者其它指令进行注入。UNION
SELECT还要求当前语句和最初的语句查询的信息必须具有相同的数和相同的数据类型，不然就会出错。
4.1
统计列数
当错误信息没有被屏蔽时，要获取列数只需要在进行UNION
SELECT注入时每次尝试使用不同的字段数即可，当错误信息由“列数不匹配”变成“列的类型不匹配”时，当前尝试的列数就是正确的。但在盲注条件下，由于我们对无法获悉错误信息究竟是哪个，所以该方法也就失去了作用。
新的办法是利用ORDER BY语句，在SELECT语句最后加上ORDER
BY能够改变返回的记录集的次序，一般是按一个指定的列名的值进行排序。例如，当通过产品号查询产品时，一个有效的注入语句如下：
SELECT
ProdNum FROM Products WHERE (ProdID=1234) ORDER BY ProdNum --
AND
ProdName=’Computer’) AND UserName=’john’
人们往往会忽略的是ORDER BY语句后还可以使用数字指代列名，在上例中如果ProdNum是查询请求返回的记录中的第一列，则注入1234) ORDER BY
1--返回的结果是一样的。由于上例查询请求只返回一个字段，注入1234) ORDER BY 2
--就会出错，即返回的记录无法按指定的第二个字段排序。这样，ORDER
BY就可以被利用来对列数进行统计了。由于每个SELECT语句都至少返回一个字段，故攻击者可以先在注入句法中添加ORDER BY
1来确定语句是否能被正确执行，有时对字段的排序也可能会产生错误，这时添加关键字ASC或DESC可以解决该问题。一旦确定ORDER
BY句法是有效的，攻击者就会对排序列号从列1到列100进行遍历（或者到列1000，直到列号被确定为无效），理论上当出现第一个错误时，前一个列号就是要统计的列数，但在实际情况中，有些字段可能不允许排序，那么在出现第一次错误时可以再多尝试一到两个数字，以确认列号已遍历完。
4.2 判断列的数据类型
在统计完列数后，攻击者需要再判断列的数据类型，在盲注情况下判断类型也是有技巧的，由于UNION
SELECT要求前后查询语句查询的字段类型相同，故如果字段数有限，可以简单地利用UNION SELECT语句对字段类型进行暴力穷举(brute
force)，但如果字段数较多，判断就会出现问题。根据前文，字段的类型只有数字、字符串和日期三种可能的类型，一旦字段数有10个，那么就意味着有310（约60，000）种可能的组合，假设每一秒可以自动进行20次尝试，穷举一遍也需要近一个小时，如果字段数更多，那么测试所需时间就会令人难以忍受。
一种简单的办法是利用SQL的关键字NULL，与静态字段的注入需要区分是数字类型还是字符类型不同，NULL可以匹配任何一种数据类型。因此可以注入一个所有查询字段都为NULL的UNION
SELECT语句，那么就不会出现任何类型不匹配的错误。让我们再举一个与前面类似的例子：
SELECT
ProdNum,ProdType,ProdPrice,ProdProvider FROM Products
WHERE (ProdID=1234 AND
ProdName=’ Computer’) AND UserName=’john’
假设攻击者已经获得了列数（在该例中为4），那么就可以很简单地构造一个UNION
SELECT语句，其中所有查询字段都为NULL，还需要构造一个不会产生权限问题的FROM语句。对于MS SQL
Server，即使忽略FROM语句也不会出错，但对于Oracle，则可以使用一个名叫dual的表。最后，还需要一个值一定为FALSE的WHERE语句（比如WHERE
1=2），这是为了确保查询不会返回只包含null值的记录集，以杜绝产生其他可能的错误。那么针对MS SQL Server的注入语句如下：
SELECT ProdNum,ProdType,ProdPrice,ProdProvider FROM Products
WHERE
(ProdID=1234) UNION SELECT NULL,NULL,NULL,NULL
WHERE 1=2 -- AND ProdName=’
Computer’) AND UserName=’john’
这个NULL注入语句有两个目的，主要目的是构造一个不会产生任何错误的UNION
SELECT语句以测试UNION语句是否可以被执行，另一个目的是为了对数据库类型的判断进行100%确认（可以通过在FROM语句里添加一个数据库开发商预置的表名进行测试）。
如果NULL注入语句被顺利执行，那么就可以快速地对每个列的类型进行判断。在每一轮尝试中，只对一个字段类型进行测试，由于类型只有三类，所以每个字段最多被测试三次就会有结果，这样尝试的次数最多是列数的三倍，而不是以3为底数以列数为指数的次数。假设ProdNum属于数字类型，其它三个字段都属于字符串类型，那么以下顺序的注入语句就可以判断出正确的类型：
? 1234) UNION SELECT NULL,NULL,NULL,NULL WHERE 1=2 --
无错 句法正确，使用的是MS
SQL Server数据库
? 1234) UNION SELECT 1,NULL,NULL,NULL WHERE 1=2 --
无错
第一个字段是数字类型
? 1234) UNION SELECT 1,2,NULL,NULL WHERE 1=2 --
出错
第二个字段不是数字类型
? 1234) UNION SELECT 1,’2’,NULL,NULL WHERE 1=2 --
无错
第二个字段是字符串类型
? 1234) UNION SELECT 1,’2’,3,NULL WHERE 1=2 --
出错
第三个字段不是数字类型
? 1234) UNION SELECT 1,’2’,’3’,NULL WHERE 1=2 --
无错
第三个字段是字符串类型
? 1234) UNION SELECT 1,’2’,’3’,4 WHERE 1=2 --
出错 第四个字段不是数字类型
? 1234) UNION SELECT 1,’2’,’3’,’4’ WHERE 1=2 --
无错
第四个字段是字符串类型
攻击者现在就已经获得了每一列的数据类型，盲注还可以被应用于从数据库的表中获取数据，比如获得数据表的列表以及它们各自的列名，还可以从应用程序中获得数据，而这些技术在其他一些关于SQL注入的论文中已经有讨论，故本文不再继续介绍。