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ThinkPHP框架安全实现分析

2015-03-02 10:35

ThinkPHP框架是国内比较流行的PHP框架之一,虽然跟国外的那些个框架没法比,但优点在于,恩,中文手册很全面。最近研究SQL注入,之前用TP框架的时候因为底层提供了安全功能,在开发过程中没怎么考虑安全问题。想知道TP到底是怎么实现防SQL注入的,所以看了一些源码。结合phith0n大牛在乌云上发的漏洞,分析了一下,整理了一些思路~~

一、不得不说的I函数

TP系统提供了I函数用于输入变量的过滤。整个函数主体的意义就是获取各种格式的数据,比如I('get.')、I('post.id'),然后用htmlspecialchars函数(默认情况下)进行处理。如果需要采用其他的方法进行安全过滤,可以从/ThinkPHP/Conf/convention.php中设置:

'DEFAULT_FILTER'        =>  'strip_tags',
//也可以设置多种过滤方法
'DEFAULT_FILTER'        =>  'strip_tags,stripslashes',

从/ThinkPHP/Common/functions.php中可以找到I函数,源码如下:

/**
 * 获取输入参数 支持过滤和默认值
 * 使用方法:
 * <code>
 * I('id',0); 获取id参数 自动判断get或者post
 * I('post.name','','htmlspecialchars'); 获取$_POST['name']
 * I('get.'); 获取$_GET
 * </code>
 * @param string $name 变量的名称 支持指定类型
 * @param mixed $default 不存在的时候默认值
 * @param mixed $filter 参数过滤方法
 * @param mixed $datas 要获取的额外数据源
 * @return mixed
 */
function I($name,$default='',$filter=null,$datas=null) {
    static $_PUT    =    null;
    if(strpos($name,'/')){ // 指定修饰符
        list($name,$type)     =    explode('/',$name,2);
    }elseif(C('VAR_AUTO_STRING')){ // 默认强制转换为字符串
        $type   =   's';
    }

    /*根据$name的格式获取数据:先判断参数的来源,然后再根据各种格式获取数据*/
    if(strpos($name,'.')) {list($method,$name) =   explode('.',$name,2);} // 指定参数来源
    else{$method =   'param';}//设定为自动获取
    switch(strtolower($method)) {
        case 'get'     :   $input =& $_GET;break;
        case 'post'    :   $input =& $_POST;break;
        case 'put'     :   /*此处省略*/
        case 'param'   :   /*此处省略*/
        case 'path'    :   /*此处省略*/
    }

    /*对获取的数据进行过滤*/
    if('' // 获取全部变量
        $data       =   $input;
        $filters    =   isset($filter)?$filter:C('DEFAULT_FILTER');
        if($filters) {
            if(is_string($filters)){$filters    =   explode(',',$filters);} //为多种过滤方法提供支持
            foreach($filters as $filter){
                $data   =   array_map_recursive($filter,$data); //循环过滤
            }
        }
    }elseif(isset($input[$name])) { // 取值操作
        $data       =   $input[$name];
        $filters    =   isset($filter)?$filter:C('DEFAULT_FILTER');
        if($filters) {      /*对参数进行过滤,支持正则表达式验证*/
            /*此处省略*/
        }
        if(!empty($type)){  //如果设定了强制转换类型
            switch(strtolower($type)){
                case 'a': $data = (array)$data;break;   // 数组  
                case 'd': $data = (int)$data;break;   // 数字 
                case 'f': $data = (float)$data;break;    // 浮点   
                case 'b': $data = (boolean)$data;break;    // 布尔
                case 's':   // 字符串
                default:$data   =   (string)$data;
            }
        }
    }else{ // 变量默认值
        $data       =    isset($default)?$default:null;
    }

    is_array($data) && array_walk_recursive($data,'think_filter');  //如果$data是数组,那么用think_filter对数组过滤
    return $data;
}

恩,函数基本分成三块:第一块,获取各种格式的数据。第二块,对获取的数据进行循环编码,不管是二维数组还是三维数组。第三块,也就是倒数第二行,调用了think_filter对数据进行了最后一步的神秘处理。

让我们先来追踪一下think_filter函数:

//1536行 版本3.2.3最新添加
function think_filter(&$value){// 过滤查询特殊字符    
    if(preg_match('/^(EXP|NEQ|GT|EGT|LT|ELT|OR|XOR|LIKE|NOTLIKE|NOT BETWEEN|NOTBETWEEN|BETWEEN|NOTIN|NOT IN|IN)$/i',$value)){        
        $value .= ' ';    
    }
}

这个函数很简单,一眼就可以看出来,在一些特定的关键字后面加个空格。但是这个叫think_filter的函数,仅仅加了一个空格,到底起到了什么过滤的作用?

我们都知道重要的逻辑验证,如验证是否已登录,用户是否能购买某商品等,必须从服务器端验证,如果从前端验证的话,就很容易被绕过。同一个道理,在程序中,in/exp一类的逻辑结构,最好也是由服务器端来控制。

当从传递到服务器端的数据是这样:id[0]=in&id[1]=1,2,3,如果没有think_filter函数的话,会被解析成下表中的1,也就会被当成服务器端逻辑解析。但如果变成如下表2的样子,因为多了一个空格,无法被匹配解析,也就避免了漏洞。

1. $data['id']=array('in'=>'1,2,3')  

//经过think_filter过滤之后,会变成介个样子:
2. $data['id']=array('in '=>'1,2,3')

二、SQL注入

相关的文件为:/ThinkPHP/Library/Think/Db.class.php(在3.2.3中改为了/ThinkPHP/Library/Think/Db/Driver.class.php) 以及 /ThinkPHP/Library/Think/Model.class.php。其中Model.class.php文件提供的是curd直接调用的函数,直接对外提供接口,Driver.class.php中的函数被curd操作间接调用。

//此次主要分析如下语句:
M('user')->where($map)->find();    //在user表根据$map的条件检索出一条数据

大概说一下TP的处理思路。首先将Model类实例化为一个user对象,然后调用user对象中的where函数处理$map,也就是将$map进行一些格式化处理之后赋值给user对象的成员变量$options(如果有其他的连贯操作,也是先赋值给user对象的对应成员变量,而不是直接拼接SQL语句,所以在写连贯操作的时候,无需像拼接SQL语句一样考虑关键字的顺序),接下来调用find函数。find函数会调用底层的,也就是driver类中的函数——select来获取数据。到了select函数,又是另一个故事了。

select除了要处理curd操作,还要处理pdo绑定,我们这里只关心curd操作,所以在select中调用了buildSelectSql,处理分页信息,并且调用parseSQL按照既定的顺序把SQL语句组装进去。虽然拼接SQL语句所需要的参数已经全部放在成员变量里了,但是格式不统一,有可能是字符串格式的,有可能是数组格式的,还有可能是TP提供的特殊查询格式,比如:$data['id']=array('gt','100');,所以在拼接之前,还要调用各自的处理函数,进行统一的格式化处理。我选取了parseWhere这个复杂的典型来分析。

关于安全方面的,如果用I函数来获取数据,那么会默认进行htmlspecialchars处理,能有效抵御xss攻击,但是对SQL注入没有多大影响。在过滤有关SQL注入有关的符号的时候,TP的做法很机智:先是按正常逻辑处理用户的输入,然后在最接近最终的SQL语句的parseWhere、parseHaving等函数中进行安全处理。这样的顺序避免了在处理的过程中出现注入。当然处理的方法是最普通的addslashes,根据死在沙滩上的前浪们说,推荐使用mysql_real_escape_string来进行过滤,但是这个函数只能在已经连接了数据库的前提下使用。感觉TP在这个地方可以做一下优化,毕竟走到这一步的都是连接了数据库的。

恩,接下来,分析开始:

先说几个Model对象中的成员变量:

// 主键名称
protected $pk      = 'id';
// 字段信息
protected $fields  = array();
// 数据信息
protected $data    = array();
// 查询表达式参数
protected $options = array();
// 链操作方法列表
protected $methods = array('strict','order','alias','having','group','lock','distinct','auto','filter','validate','result','token','index','force')

接下来分析where函数:

public function where($where,$parse=null){
    //如果非数组格式,即where('id=%d&name=%s',array($id,$name)),对传递到字符串中的数组调用mysql里的escapeString进行处理
    if(!is_null($parse) && is_string($where)) { 
        if(!is_array($parse)){  $parse = func_get_args();array_shift($parse);}
        $parse = array_map(array($this->db,'escapeString'),$parse);
        $where = vsprintf($where,$parse); //vsprintf() 函数把格式化字符串写入变量中
    }elseif(is_object($where)){
        $where  =   get_object_vars($where);
    }
    if(is_string($where) && '' != $where){
        $map    =   array();
        $map['_string']   =   $where;
        $where  =   $map;
    }      

    //将$where赋值给$this->where
    if(isset($this->options['where'])){         
        $this->options['where'] =   array_merge($this->options['where'],$where);
    }else{
        $this->options['where'] =   $where;
    }
    
    return $this;
}

where函数的逻辑很简单,如果是where('id=%d&name=%s',array($id,$name))这种格式,那就对$id,$name变量调用mysql里的escapeString进行处理。escapeString的实质是调用mysql_real_escape_string、addslashes等函数进行处理。最后将分析之后的数组赋值到Model对象的成员函数——$where中供下一步处理。

再分析find函数:

//model.class.php    行721    版本3.2.3
public function find($options=array()) {
    if(is_numeric($options) || is_string($options)){ /*如果传递过来的数据是字符串,不是数组*/
        $where[$this->getPk()]  =   $options;
        $options                =   array();
        $options['where']       =   $where; /*提取出查询条件,并赋值*/
    }

    // 根据主键查找记录
    $pk  =  $this->getPk();
    if (is_array($options) && (count($options) > 0) && is_array($pk)) {
        /*构造复合主键查询条件,此处省略*/
    }

    $options['limit']   =   1;                                  // 总是查找一条记录
    $options            =   $this->_parseOptions($options);     // 分析表达式

    if(isset($options['cache'])){
        /*缓存查询,此处省略*/
    }
    $resultSet = $this->db->select($options);

    if(false === $resultSet){   return false;}
    if(empty($resultSet)) {    return null; }           // 查询结果为空       
    if(is_string($resultSet)){   return $resultSet;}    //查询结果为字符串

    // 读取数据后的处理,此处省略简写
    $this->data = $this->_read_data($resultSet[0]);
    return $this->data;
}

$Pk为主键,$options为表达式参数,本函数的作用就是完善成员变量——options数组,然后调用db层的select函数查询数据,处理后返回数据。

跟进_parseOptions函数:

protected function _parseOptions($options=array()) { //分析表达式
    if(is_array($options)){
        $options =  array_merge($this->options,$options);
    }

    /*获取表名,此处省略*/
    /*添加数据表别名,此处省略*/

    $options['model']       =   $this->name;// 记录操作的模型名称

    /*对数组查询条件进行字段类型检查,如果在合理范围内,就进行过滤处理;否则抛出异常或者删除掉对应字段*/
    if(isset($options['where']) && is_array($options['where']) && !empty($fields) && !isset($options['join'])){
        foreach ($options['where'] as $key=>$val){
            $key = trim($key);
            if(in_array($key,$fields,true)){    //如果$key在数据库字段内,过滤以及强制类型转换之
                if(is_scalar($val)) {  
                /*is_scalar 检测是否为标量。标量是指integer、float、string、boolean的变量,array则不是标量。*/         
                    $this->_parseType($options['where'],$key);
                }
            }elseif(!is_numeric($key) && '_' != substr($key,0,1) && false === strpos($key,'.') && false === strpos($key,'(') && false === strpos($key,'|') && false === strpos($key,'&')){
               // 如果$key不是数字且第一个字符不是_,不存在.(|&等特殊字符
                if(!empty($this->options['strict'])){   //如果是strict模式,抛出异常
                    E(L('_ERROR_QUERY_EXPRESS_').':['.$key.'=>'.$val.']');
                }   
                unset($options['where'][$key]); //unset掉对应的值
            }
        }
    } 
    $this->options  =   array();            // 查询过后清空sql表达式组装 避免影响下次查询
    $this->_options_filter($options);       // 表达式过滤
    return $options;
}

本函数的结构大概是,先获取了表名,模型名,再对数据进行处理:如果该条数据不在数据库字段内,则做出异常处理或者删除掉该条数据。否则,进行_parseType处理。parseType此处不再跟进,功能为:数据类型检测,强制类型转换包括int,float,bool型的三种数据。

函数运行到此处,就该把处理好的数据传到db层的select函数里了。此时的查询条件$options中的int,float,bool类型的数据都已经进行了强制类型转换,where()函数中的字符串(非数组格式的查询)也进行了addslashes等处理。

继续追踪到select函数,就到了driver对象中了,还是先列举几个有用的成员变量:

// 数据库表达式
protected $exp = array('eq'=>'=','neq'=>'<>','gt'=>'>','egt'=>'>=','lt'=>'<','elt'=>'<=','notlike'=>'NOT LIKE','like'=>'LIKE','in'=>'IN','notin'=>'NOT IN','not in'=>'NOT IN','between'=>'BETWEEN','not between'=>'NOT BETWEEN','notbetween'=>'NOT BETWEEN');
// 查询表达式
protected $selectSql  = 'SELECT%DISTINCT% %FIELD% FROM %TABLE%%FORCE%%JOIN%%WHERE%%GROUP%%HAVING%%ORDER%%LIMIT% %UNION%%LOCK%%COMMENT%';
// 当前SQL指令
protected $queryStr   = '';
// 参数绑定
protected $bind         =   array();

select函数:

public function select($options=array()) {
    $this->model  =   $options['model'];
    $this->parseBind(!empty($options['bind'])?$options['bind']:array());
    $sql    = $this->buildSelectSql($options);
    $result   = $this->query($sql,!empty($options['fetch_sql']) ? true : false);
    return $result;
}

版本3.2.3经过改进之后,select精简了不少。parseBind函数是绑定参数,用于pdo查询,此处不表。

buildSelectSql()函数及其后续调用如下:

public function buildSelectSql($options=array()) {
    if(isset($options['page'])) {
        /*页码计算及处理,此处省略*/
    }
    $sql  =   $this->parseSql($this->selectSql,$options);
    return $sql;
}

/* 替换SQL语句中表达式*/
public function parseSql($sql,$options=array()){
    $sql   = str_replace(
        array('%TABLE%','%DISTINCT%','%FIELD%','%JOIN%','%WHERE%','%GROUP%','%HAVING%','%ORDER%','%LIMIT%','%UNION%','%LOCK%','%COMMENT%','%FORCE%'),
        array(
            $this->parseTable($options['table']),
            $this->parseDistinct(isset($options['distinct'])?$options['distinct']:false),
            $this->parseField(!empty($options['field'])?$options['field']:'*'),
            $this->parseJoin(!empty($options['join'])?$options['join']:''),
            $this->parseWhere(!empty($options['where'])?$options['where']:''),
            $this->parseGroup(!empty($options['group'])?$options['group']:''),
            $this->parseHaving(!empty($options['having'])?$options['having']:''),
            $this->parseOrder(!empty($options['order'])?$options['order']:''),
            $this->parseLimit(!empty($options['limit'])?$options['limit']:''),
            $this->parseUnion(!empty($options['union'])?$options['union']:''),
            $this->parseLock(isset($options['lock'])?$options['lock']:false),
            $this->parseComment(!empty($options['comment'])?$options['comment']:''),
            $this->parseForce(!empty($options['force'])?$options['force']:'')
        ),$sql);
    return $sql;
}

可以看到,在parseSql中用正则表达式拼接了sql语句,但并没有直接的去处理各种插叙你的数据格式,而是在解析变量的过程中调用了多个函数,此处拿parseWhere举例子。

protected function parseWhere($where) {
    $whereStr = '';
    if(is_string($where)) {     // 直接使用字符串条件
        $whereStr = $where;
    }
    else{                       // 使用数组表达式
        /*设定逻辑规则,如or and xor等,默认为and,此处省略*/
        $operate=' AND ';

        /*解析特殊格式的表达式并且格式化输出*/
        foreach ($where as $key=>$val){
            if(0===strpos($key,'_')) {    // 解析特殊条件表达式
                $whereStr   .= $this->parseThinkWhere($key,$val);
            }
            else{                        // 查询字段的安全过滤
                $multi  = is_array($val) &&  isset($val['_multi']); //判断是否有复合查询
                $key    = trim($key);
                /*处理字段中包含的| &逻辑*/
                if(strpos($key,'|')) { // 支持 name|title|nickname 方式定义查询字段
                    /*将|换成or,并格式化输出,此处省略*/
                }
                elseif(strpos($key,'&')){
                    /*将&换成and,并格式化输出,此处省略*/
                }
                else{
                    $whereStr .= $this->parseWhereItem($this->parseKey($key),$val);
                }
            }
            $whereStr .= $operate;
        }
        $whereStr = substr($whereStr,0,-strlen($operate));
    }

    return empty($whereStr)?'':' WHERE '.$whereStr;
}

// where子单元分析
protected function parseWhereItem($key,$val) {
    $whereStr = '';
    if(is_array($val)){
        if(is_string($val[0])){
            $exp    =   strtolower($val[0]);
            //如果是$map['id']=array('eq',100)一类的结构,那么解析成数据库可执行格式
            if(preg_match('/^(eq|neq|gt|egt|lt|elt)$/',$exp)){
                $whereStr .= $key.' '.$this->exp[$exp].' '.$this->parseValue($val[1]);
            }
            //如果是模糊查找格式
            elseif(preg_match('/^(notlike|like)$/',$exp)){// 模糊查找,$map['name']=array('like','thinkphp%');
                if(is_array($val[1])) { //解析格式如下:$map['b'] =array('notlike',array('%thinkphp%','%tp'),'AND');
                    $likeLogic  =   isset($val[2])?strtoupper($val[2]):'OR';    //如果没有设定逻辑结构,则默认为OR
                    if(in_array($likeLogic,array('AND','OR','XOR'))){
                        /* 根据逻辑结构,组合语句,此处省略*/
                        $whereStr .= '('.implode(' '.$likeLogic.' ',$like).')';                          
                    }
                }
                else{
                    $whereStr .= $key.' '.$this->exp[$exp].' '.$this->parseValue($val[1]);
                }
            }elseif('bind' == $exp ){ // 使用表达式,pdo数据绑定
                $whereStr .= $key.' = :'.$val[1];
            }elseif('exp' == $exp ){ // 使用表达式 $map['id']  = array('exp',' IN (1,3,8) ');
                $whereStr .= $key.' '.$val[1];
            }elseif(preg_match('/^(notin|not in|in)$/',$exp)){ //IN运算 $map['id']  = array('not in','1,5,8');
                if(isset($val[2]) && 'exp'==$val[2]){
                    $whereStr .= $key.' '.$this->exp[$exp].' '.$val[1];
                }else{
                    if(is_string($val[1])) {
                         $val[1] =  explode(',',$val[1]);
                    }
                    $zone      =   implode(',',$this->parseValue($val[1]));
                    $whereStr .= $key.' '.$this->exp[$exp].' ('.$zone.')';
                }
            }elseif(preg_match('/^(notbetween|not between|between)$/',$exp)){ //BETWEEN运算
                $data = is_string($val[1])? explode(',',$val[1]):$val[1];
                $whereStr .=  $key.' '.$this->exp[$exp].' '.$this->parseValue($data[0]).' AND '.$this->parseValue($data[1]);
            }else{  //否则抛出异常
                E(L('_EXPRESS_ERROR_').':'.$val[0]);
            }
        }
        else{   //解析如:$map['status&score&title'] =array('1',array('gt','0'),'thinkphp','_multi'=>true);
            $count = count($val);
            $rule  = isset($val[$count-1]) ? (is_array($val[$count-1]) ? strtoupper($val[$count-1][0]) : strtoupper($val[$count-1]) ) : '' ; 
            if(in_array($rule,array('AND','OR','XOR'))){
                $count  = $count -1;
            }else{
                $rule   = 'AND';
            }
            for($i=0;$i<$count;$i++){
                $data = is_array($val[$i])?$val[$i][1]:$val[$i];
                if('exp'==strtolower($val[$i][0])) {
                    $whereStr .= $key.' '.$data.' '.$rule.' ';
                }else{
                    $whereStr .= $this->parseWhereItem($key,$val[$i]).' '.$rule.' ';
                }
            }
            $whereStr = '( '.substr($whereStr,0,-4).' )';
        }
    }
    else {
        //对字符串类型字段采用模糊匹配
        $likeFields   =   $this->config['db_like_fields'];
        if($likeFields && preg_match('/^('.$likeFields.')$/i',$key)) {
            $whereStr .= $key.' LIKE '.$this->parseValue('%'.$val.'%');
        }else {
            $whereStr .= $key.' = '.$this->parseValue($val);
        }
    }

    return $whereStr;
}

protected function parseThinkWhere($key,$val) {     //解析特殊格式的条件
    $whereStr   = '';
    switch($key) {
        case '_string':$whereStr = $val;break;                                  // 字符串模式查询条件
        case '_complex':$whereStr = substr($this->parseWhere($val),6);break;    // 复合查询条件
        case '_query':// 字符串模式查询条件
            /*处理逻辑结构,并且格式化输出字符串,此处省略*/
    }
    return '( '.$whereStr.' )';
}

上面的两个函数很长,我们再精简一些来看:parseWhere首先判断查询数据是不是字符串,如果是字符串,直接返回字符串,否则,遍历查询条件的数组,挨个解析。由于TP支持_string,_complex之类的特殊查询,调用了parseThinkWhere来处理,对于普通查询,就调用了parseWhereItem。在各自的处理过程中,都调用了parseValue,追踪一下,其实是用了addslashes来过滤,虽然addslashes在非utf-8编码的页面中会造成宽字节注入,但是如果页面和数据库均正确编码的话,还是没什么问题的。

本篇仅是抛砖引玉,轻喷!

参考资料一:http://wooyun.org/bugs/wooyun-2010-086737
参考资料二:http://wooyun.org/bugs/wooyun-2010-087731
参考资料三:http://wooyun.org/bugs/wooyun-2010-086742

[作者/Friday,属FreeBuf原创奖励计划文章,未经许可禁止转载]

知识来源: www.freebuf.com/articles/web/59713.html

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