ThinkPHP框架安全实现分析

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!

[作者/Friday,属FreeBuf原创奖励计划文章,未经许可禁止转载]

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