文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.10.030
中文引用格式： 王民川，管磊. 面向RFID系統(tǒng)的SQL注入攻擊檢測(cè)和防御算法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41(10)：111-114.
英文引用格式： Wang Minchuan，Guan Lei. A detection and prevention algorithm of SQL injection attacks for RFID system[J].Application of Electronic Technique，2015，41(10)：111-114.
0 引言
射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種標(biāo)簽技術(shù)[1]，它能夠自動(dòng)識(shí)別不在視線內(nèi)的實(shí)體，大大提高了自動(dòng)化效率[2]。然而，RFID系統(tǒng)存在許多安全性問題，其中一個(gè)主要問題為SQL注入攻擊(SQL Injection Attacks，SQLIA)[3，4]，增加了RFID標(biāo)簽的潛在威脅[5]。因此，檢測(cè)和防御RFID系統(tǒng)中SQLIA對(duì)RFID的應(yīng)用至關(guān)重要。文獻(xiàn)[6]提出了一種基于數(shù)據(jù)完整性策略的SQL攻擊檢測(cè)算法，通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控確保產(chǎn)生的查詢符合條件，一定程度上提高了安全性。然而，該算法期望存在原始SQL結(jié)構(gòu)，需要人工干預(yù)建立所有組件，成本較高。
本文提出一種新的SQL注入攻擊的檢測(cè)和防御算法，利用數(shù)據(jù)完整性策略和意圖符合條件、大小符合條件和標(biāo)識(shí)符符合條件來(lái)檢測(cè)和防御SQL注入攻擊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本算法的有效性及高效性。
1 SQL注入攻擊問題
擁有RFID惡意軟件檢測(cè)和防御機(jī)制對(duì)于維護(hù)能RFID系統(tǒng)非常重要[7]，本文中SQLIA問題如下[8]：
已知：動(dòng)態(tài)產(chǎn)生SQL查詢q和I=t1，t2，…，tn輸入數(shù)據(jù)集；
問題：SQLIA檢測(cè)問題是設(shè)計(jì)一種算法A，在下列約束下確定q是否為SQL注入攻擊：
(a)I=t1，t2，…，tn輸入數(shù)據(jù)集僅來(lái)源于RFID標(biāo)簽；
(b)中間件基于I=t1，t2，…，tn輸入數(shù)據(jù)集生成q；
(c)q能執(zhí)行企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)刪除和數(shù)據(jù)檢索操作。
2 提出的SQLIA檢測(cè)和防御算法
定義1(動(dòng)態(tài)SQL查詢)：給定應(yīng)用程序P和n條輸入數(shù)據(jù)d1，d2，…，dn，通過(guò)映射RFID標(biāo)簽輸入到常量查詢字符串，P構(gòu)建動(dòng)態(tài)SQL查詢q：
q←P(d1，d2，…，dn)(1)
部分查詢靜態(tài)配置于中間件中，而其他部分從輸入?yún)?shù)導(dǎo)出。
定義2(惡意SQL)：將利用源自RFID標(biāo)簽的輸入d1，d2，…，dn數(shù)據(jù)形成的動(dòng)態(tài)SQL查詢q，若滿足下列任意條件，則視為惡意SQL：
(1)意圖符合：substr(qi)∈{substr(d1)，…，substr(dm)}
(2)大小符合：M<F
(3)標(biāo)識(shí)符符合：di.vki.v|v∈{op，artry，type，size}
意圖符合條件確保正常SQL語(yǔ)句不能是用于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)查詢的程序的輸入字符串元素。大小符合條件確保輸入數(shù)據(jù)的大小(F)不能大于標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)的大小(M)。標(biāo)識(shí)符符合條件嚴(yán)格限制每個(gè)輸入數(shù)據(jù)(如d1，d2，…，dm)，使其遵守標(biāo)識(shí)符的屬性。
圖1描述了提出的SQLIA檢測(cè)和防御算法的整體結(jié)構(gòu)，包含數(shù)據(jù)完整性策略、意圖符合、大小符合和SQL符合部分。
2.1 數(shù)據(jù)完整性策略
SQLIA攻擊依賴于不合法結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)成功輸入，為了解決這一問題，使用數(shù)據(jù)完整性策略在數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)識(shí)符值上定義一組約束，每個(gè)動(dòng)態(tài)生成的SQL語(yǔ)句包含一組標(biāo)識(shí)符：
I=〈k1〈P〉，…，kn〈P〉〉(2)
每個(gè)標(biāo)識(shí)符ki∈I有一組屬性ki〈P〉=〈p1，…，pn〉，例如數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)位允許的最大尺寸。
這種策略用以確保數(shù)據(jù)為強(qiáng)類型、語(yǔ)法正確、在長(zhǎng)度邊界內(nèi)、僅包含允許的字符、正確簽名數(shù)字且數(shù)字在范圍邊界內(nèi)。策略對(duì)每個(gè)標(biāo)識(shí)符使用一組數(shù)據(jù)完整性規(guī)則，通過(guò)驗(yàn)證每個(gè)標(biāo)識(shí)符聲明的屬性來(lái)定義這些輸入數(shù)據(jù)完整性規(guī)則。
圖2為使用巴科斯范式表示系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符的約束，“op”性質(zhì)規(guī)定“創(chuàng)建、讀、更新、刪除”中的哪些操作允許在標(biāo)識(shí)符上執(zhí)行。SQL編程中，4個(gè)基本函數(shù)(創(chuàng)建、讀、更新、刪除)對(duì)應(yīng)于INSERT、SELECT、UPDATE(SET)和DELETE[9]。類型性質(zhì)規(guī)定無(wú)論它們持有什么，都將視為字符串或數(shù)值，而不是任意代碼。大小性質(zhì)規(guī)定可存儲(chǔ)的數(shù)字或字符的最大數(shù)量。
2.2 SQL注入攻擊檢測(cè)和防御
本文算法使用有關(guān)SQL語(yǔ)法知識(shí)的架構(gòu)和策略檢測(cè)一個(gè)查詢是否為SQLIA，如算法1所示。算法的輸入為動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的SQL語(yǔ)句、從RFID標(biāo)簽獲得的數(shù)據(jù)集D={d1，d2，…，dm}和用于程序P生成SQL的輸入?yún)?shù)集S={t1，t2，…，tn}。
在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)由中間件產(chǎn)生的SQL查詢的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)與RFID應(yīng)用程序開發(fā)者所設(shè)定的SQL語(yǔ)法結(jié)構(gòu)不同時(shí)，SQL注入攻擊發(fā)生。將SQL語(yǔ)句寫成查詢集Q={q1，q2，…，qn}，使用分號(hào)“；”和注釋“—”作為代碼內(nèi)多個(gè)查詢的分隔符，然后處理每個(gè)查詢qi∈Q(一次一個(gè))，若任一查詢qi∈Q不遵守意圖符合條件、大小符合條件和標(biāo)識(shí)符符合條件，則拒絕該SQL語(yǔ)句。
算法1：SQLIA檢測(cè)算法
1.輸入： SQL，D={d1，d2，…，dm}，S={t1，t2，…，tn}
2.BEGIN
3. Q←SQL中查詢集
4. FOREACH qi∈Q DO
5.計(jì)算M和F
6.IF(M≥F)∧(qiD)THEN
7. I←qi中標(biāo)識(shí)符集
8. IC=IdentifierConformity(I，D，S)
9. IF (IC==FALSE) THEN
10.REJECT；EXIT
11.ENDIF
12. ENDIF
13.ENDFOR
14.END
2.2.1 大小符合
期望和實(shí)際輸入數(shù)據(jù)的大小能夠表示純凈SQL語(yǔ)法和受污染SQL語(yǔ)法之間的差異，每個(gè)動(dòng)態(tài)生成的SQL語(yǔ)句包括一組標(biāo)識(shí)符I=k1，…，kn，每個(gè)標(biāo)識(shí)符ki∈I有一組屬性P=p1，…，pn，其中一個(gè)為允許標(biāo)識(shí)符持有的數(shù)據(jù)最大尺寸。該算法計(jì)算輸入字符串的總大小(即d1，d2，…，d|D|)和標(biāo)識(shí)符允許的總數(shù)據(jù)大小(即k1，k2，…，k|I|)，如下：
若實(shí)際輸入和期望輸入不匹配或存在空數(shù)據(jù)輸入時(shí)，設(shè)置F=0。對(duì)于滿足大小符合約束的查詢qi∈Q，輸入數(shù)據(jù)的總和不能超過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)定義的參數(shù)總大小。
2.2.2 意圖符合
將SQL語(yǔ)句劃分為一組獨(dú)立SQL語(yǔ)句Q={q1，q2，…，qn}，對(duì)于每個(gè)查詢qi∈Q，算法檢查是否符合下列意圖符合條件：
![5RM7]WTUT%EZXW5@HH7PAHP.jpg](http://files.chinaaet.com/images/2015/11/23/6358390938343000007954986.jpg "5RM7]WTUT%EZXW5@HH7PAHP.jpg")
式(5)規(guī)定qi∈Q不能為輸入字符串的元素，若查詢qi∈Q不符合意圖符合條件，則拒絕原始SQL語(yǔ)句。
2.2.3 標(biāo)識(shí)符符合
算法2描述了針對(duì)每個(gè)查詢qi∈Q執(zhí)行的標(biāo)識(shí)符符合算法的偽代碼，算法的輸入為RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)集D={d1，d2，…，dm}、例如保留關(guān)鍵字和操作符的非文本標(biāo)記集R={t1，t2，…，tn}和標(biāo)識(shí)符集I={k1，k2，…，kn}。
強(qiáng)制執(zhí)行下列兩個(gè)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證規(guī)則：
(1)如果D={d1，d2，…，dm}和R={t1，t2，…，tn}的交集非空，則認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)受到污染，拒絕SQL語(yǔ)句。
(2)對(duì)于每個(gè)ki∈I，檢查下列操作和類型完整性條件：
Operation integrity:(di.op≠ki.op)∧(di.artry≠ki.artry)
(6)
Type integrity(di.type≠ki.type)∧(di.size≠ki.size)(7)
若不滿足上述兩個(gè)條件任一條，則拒絕SQL語(yǔ)句。
算法2：標(biāo)識(shí)符符合檢測(cè)算法
1.輸入：D，I，R
2.輸出： clean=True
3.BEGIN
4. IF(R∩D)THEN
5.clean=False；EXIT
6. ENDIF
7. FOR 每個(gè)標(biāo)識(shí)符 ki∈I DO
8.IF(di.op≠ki.op)∧(di.artry≠ki.artry)THEN
9. clean=False；EXIT
10.ELSEIF(ki∈I≠table)THEN
11. IF((di.type≠ki.type)∧(di.size≠ki.size))THEN
12.clean=False；EXIT
13. ENDIF
14.ENDIF
15. ENDFOR
16.END算法
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
為了評(píng)估提出的SQLIA檢測(cè)和防御算法的性能，構(gòu)建模塊化測(cè)試平臺(tái)，如圖3所示。
實(shí)驗(yàn)使用的RFID系統(tǒng)是UHF RFID閱讀器和SkyeTek、Intermec公司的兩類標(biāo)簽。本文創(chuàng)建了三個(gè)虛擬克隆RFID標(biāo)簽，用來(lái)發(fā)送各種類型SQLIA。中間件運(yùn)行在筆記本電腦上，使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，中間件通過(guò)MySQLC API連接到數(shù)據(jù)庫(kù)。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試了可能在RFID系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)生成的各類SQL查詢(例如SELECT、UPDATE、INSERT)，通過(guò)克隆標(biāo)簽和合法標(biāo)簽產(chǎn)生的700個(gè)SQL注入攻擊和1 300個(gè)合法請(qǐng)求，組成大約2 000個(gè)查詢來(lái)測(cè)試提出的算法。其中，SQL注入攻擊包含一些攻擊類型(如重言式、聯(lián)合查詢、后置貪心查詢等)。
3.2 SQLIA檢測(cè)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)運(yùn)行2 000個(gè)查詢，共有700種惡意查詢，包括280個(gè)SELECT類查詢、251個(gè)UPDATE類查詢和169個(gè)INSERT類查詢，惡意查詢的比例可從5％至35％之間變化。
圖4描述了在存在不同比例惡意查詢情況下，接受和拒絕查詢的百分比。結(jié)果表明，由于所有惡意查詢至少不滿足意圖符合、大小符合、標(biāo)識(shí)符符合條件之一，采用三個(gè)條件連同數(shù)據(jù)完整性策略能夠有效的遏制SQLIA，同時(shí)很好地保證了合法查詢。
當(dāng)查詢不符合意圖符合、大小符合、標(biāo)識(shí)符符合條件之一時(shí)，算法就會(huì)跳過(guò)其他過(guò)濾條件，直接判斷為惡意查詢，從而大大降低了算法開銷，提高了性能。
3.3 比較及分析
3.3.1 耗時(shí)比較
在互聯(lián)網(wǎng)上選取一個(gè)存在SQL注入漏洞的網(wǎng)頁(yè)，將本文算法與基于節(jié)點(diǎn)序列的比對(duì)算法[4]、快速比對(duì)算法[6]進(jìn)行比較，處理100到10 000個(gè)查詢，運(yùn)行200次，取各個(gè)算法查詢時(shí)間的平均值，如表1所示。
從表1可看出，本文算法消耗時(shí)間僅為節(jié)點(diǎn)序列比對(duì)算法的29.7%，僅為快速比對(duì)算法的76.0%，體現(xiàn)了本文算法的高效率。結(jié)果表明，本文算法對(duì)系統(tǒng)的額外開銷很少，因?yàn)楸疚乃惴ㄊ褂煤?jiǎn)單字符串比較。
3.3.2 檢測(cè)性能比較
將本文算法在攻擊檢測(cè)系統(tǒng)中的有效性與當(dāng)前常用的兩款檢測(cè)工具BSQL Hacker[9]和Pangolin[10]進(jìn)行比較，分別對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行檢測(cè)。首先通過(guò)表2的關(guān)鍵語(yǔ)句在Google中搜索出一定的URL以構(gòu)建測(cè)試樣本集，然后對(duì)獲取的URL測(cè)試樣本進(jìn)行SQL攻擊檢測(cè)，根據(jù)對(duì)獲取的URL添加不同的注入命令的返回頁(yè)面與正常頁(yè)面的異同來(lái)判定URL是否存在攻擊。判定后，采取措施進(jìn)行攻擊防御，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。
從表3可看出，本文工具的消耗時(shí)間略多于其他兩種攻擊，但檢測(cè)到的URL總數(shù)明顯最多，且檢測(cè)率分別比BSQL Hacker和Pangolin高13.8%和20.6%，表明本文算法能夠保證正常查詢，可有效檢測(cè)和防御SQL注入攻擊。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文提出一種能夠準(zhǔn)確檢測(cè)并防御RFID系統(tǒng)中的SQL注入攻擊算法，利用數(shù)據(jù)完整性策略來(lái)防御SQLIA攻擊。通過(guò)檢測(cè)查詢是否符合意圖符合條件、大小符合條件和標(biāo)識(shí)符符合條件來(lái)檢測(cè)SQL注入攻擊。本文算法成功阻止了所有攻擊，并保證了所有合法的查詢。相比現(xiàn)有的檢測(cè)算法和檢測(cè)工具，本文算法簡(jiǎn)單有效，具有程序計(jì)算開銷低、檢測(cè)率高等優(yōu)點(diǎn)。
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