参数化查询为什么能够防止SQL注入

2023-12-13 23:24:57

多数人知道SQL注入，也知道SQL参数化查询可以防止SQL注入，可为什么能防止注入却并不是很多人都知道的。

首先：我们要了解SQL收到一个指令后所做的事情：

在这里，简单的表示为：收到指令 -> 编译SQL生成执行计划 ->选择执行计划 ->执行执行计划。

具体可能有点不一样，但大致的步骤如上所示。

接着我们来分析为什么拼接SQL 字符串会导致SQL注入的风险呢？

首先创建一张表Users:

CREATE TABLE [dbo].[Users](
    [Id] [uniqueidentifier] NOT NULL,   
    [UserId] [int] NOT NULL,   
    [UserName] [varchar](50) NULL,   
    [Password] [varchar](50) NOT NULL,   
    CONSTRAINT [PK_Users] PRIMARY KEY CLUSTERED  
    (
        [Id] ASC
    )WITH (PAD_INDEX  = OFF, STATISTICS_NORECOMPUTE  = OFF,
    IGNORE_DUP_KEY = OFF, ALLOW_ROW_LOCKS  = ON, 
    ALLOW_PAGE_LOCKS  = ON) ON [PRIMARY]
) ON [PRIMARY]

插入一些数据：

INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),1,‘name1‘,‘pwd1‘);   
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),2,‘name2‘,‘pwd2‘);   
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),3,‘name3‘,‘pwd3‘);   
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),4,‘name4‘,‘pwd4‘);   
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),5,‘name5‘,‘pwd5‘);

假设我们有个用户登录的页面，代码如下：

验证用户登录的sql 如下：

select COUNT(*) from Users where Password = ‘a‘ and UserName = ‘b‘

这段代码返回Password 和UserName都匹配的用户数量，如果大于1的话，那么就代表用户存在。

本文不讨论SQL 中的密码策略，也不讨论代码规范，主要是讲为什么能够防止SQL注入，请一些同学不要纠结与某些代码，或者和SQL注入无关的主题。

可以看到执行结果：

这个是SQL profile 跟踪的SQL 语句。

注入的代码如下：

select COUNT(*) from Users where Password = ‘a‘ and UserName = ‘b‘ or 1=1—‘

这里有人将UserName设置为了 “b‘ or 1=1 –”.

实际执行的SQL就变成了如下：

可以很明显的看到SQL注入成功了。

很多人都知道参数化查询可以避免上面出现的注入问题，比如下面的代码：

class Program   
{   
    private static string connectionString = "Data Source=.;Initial Catalog=Test;Integrated Security=True";
    static void Main(string[] args)   
    {   
        Login("b", "a");   
        Login("b‘ or 1=1--", "a");   
    }
    private static void Login(string userName, string password)   
    {   
        using (SqlConnection conn = new SqlConnection(connectionString))   
        {
            conn.Open();
            SqlCommand comm = new SqlCommand();
            comm.Connection = conn;
            //为每一条数据添加一个参数
            comm.CommandText = "select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName";
            comm.Parameters.AddRange(
            new SqlParameter[]
            {
                new SqlParameter("@Password", SqlDbType.VarChar)
                {Value = password},   
                new SqlParameter("@UserName", SqlDbType.VarChar) 
                {Value = userName},   
            });
            comm.ExecuteNonQuery();   
        }
    }
}

实际执行的SQL 如下所示：

exec sp_executesql N‘select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName‘,N‘@Password varchar(1),@UserName varchar(1)‘,@Password=‘a‘,@UserName=‘b‘  

exec sp_executesql N‘select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName‘,N‘@Password varchar(1),@UserName varchar(11)‘,@Password=‘a‘,@UserName=‘b‘‘ or 1=1—‘

可以看到参数化查询主要做了这些事情：

1：参数过滤，可以看到 @UserName=‘b‘‘ or 1=1—‘

2：执行计划重用

因为执行计划被重用，所以可以防止SQL注入。

首先分析SQL注入的本质，

用户写了一段SQL 用来表示查找密码是a的，用户名是b的所有用户的数量。

通过注入SQL，这段SQL现在表示的含义是查找(密码是a的，并且用户名是b的) 或者1=1 的所有用户的数量。

可以看到SQL的语意发生了改变，为什么发生了改变呢？，因为没有重用以前的执行计划，因为对注入后的SQL语句重新进行了编译，因为重新执行了语法解析。所以要保证SQL语义不变，即我想要表达SQL就是我想表达的意思，不是别的注入后的意思，就应该重用执行计划。

如果不能够重用执行计划，那么就有SQL注入的风险，因为SQL的语意有可能会变化，所表达的查询就可能变化。

在SQL Server 中查询执行计划可以使用下面的脚本：

DBCC FreeProccache
select total_elapsed_time / execution_count 平均时间,total_logical_reads/execution_count 逻辑读,   
usecounts 重用次数,SUBSTRING(d.text, (statement_start_offset/2) + 1,   
    ((CASE statement_end_offset    
    WHEN -1 THEN DATALENGTH(text)   
    ELSE statement_end_offset END    
    - statement_start_offset)/2) + 1) 语句执行 from sys.dm_exec_cached_plans a
cross apply sys.dm_exec_query_plan(a.plan_handle) c   
,sys.dm_exec_query_stats b   
cross apply sys.dm_exec_sql_text(b.sql_handle) d   
--where a.plan_handle=b.plan_handle and total_logical_reads/execution_count>4000   
ORDER BY total_elapsed_time / execution_count DESC;

在这篇文章中有这么一段：

参数化查询为什么能够防止SQL注入

这里作者有一句话：”不过这种写法和直接拼SQL执行没啥实质性的区别”

任何拼接SQL的方式都有SQL注入的风险，所以如果没有实质性的区别的话，那么使用exec 动态执行SQL是不能防止SQL注入的。

比如下面的代码：

private static void TestMethod()
{
    using (SqlConnection conn = new SqlConnection(connectionString))
    {
        conn.Open();
        SqlCommand comm = new SqlCommand();
        comm.Connection = conn;
        //使用exec动态执行SQL
        //实际执行的查询计划为(@UserID varchar(max))select * from Users(nolock) where UserID in (1,2,3,4)
        //不是预期的(@UserID varchar(max))exec(‘select * from Users(nolock) where UserID in (‘+@UserID+‘)‘)
        comm.CommandText = "exec(‘select * from Users(nolock) where UserID in (‘+@UserID+‘)‘)";
        comm.Parameters.Add(new SqlParameter("@UserID", SqlDbType.VarChar, -1) { Value = "1,2,3,4" });
        //comm.Parameters.Add(new SqlParameter("@UserID", SqlDbType.VarChar, -1) { Value = "1,2,3,4); delete from Users;--" });
        comm.ExecuteNonQuery();
    }
}

执行的SQL 如下：

exec sp_executesql N‘exec(‘‘select * from Users(nolock) where UserID in (‘‘+@UserID+‘‘)‘‘)‘,N‘@UserID varchar(max) ‘,@UserID=‘1,2,3,4‘

参数化查询为什么能够防止SQL注入

可以看到SQL语句并没有参数化查询。

如果你将UserID设置为”1,2,3,4); delete from Users;—-”,那么执行的SQL就是下面这样：

exec sp_executesql N‘exec(‘‘select * from Users(nolock) where UserID in (‘‘+@UserID+‘‘)‘‘)‘,N‘@UserID varchar(max) ‘,@UserID=‘1,2,3,4); delete from Users;--‘

不要以为加了个@UserID 就代表能够防止SQL注入，实际执行的SQL 如下：

参数化查询为什么能够防止SQL注入

任何动态的执行SQL 都有注入的风险，因为动态意味着不重用执行计划，而如果不重用执行计划的话，那么就基本上无法保证你写的SQL所表示的意思就是你要表达的意思。

这就好像小时候的填空题，查找密码是(____) 并且用户名是(____)的用户。

不管你填的是什么值，我所表达的就是这个意思。

最后再总结一句：因为参数化查询可以重用执行计划，并且如果重用执行计划的话，SQL所要表达的语义就不会变化，所以就可以防止SQL注入,如果不能重用执行计划，就有可能出现SQL注入，存储过程也是一样的道理，因为可以重用执行计划。

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