Java安全基础

你了解 Java 应用开发中的注入攻击吗？

注入式（Inject）攻击是一类非常常见的攻击方式，其基本特征是程序允许攻击者将不可信的动态内容注入到程序中，并将其执行，这就可能完全改变最初预计的执行过程，产生恶意效果。

下面是几种主要的注入式攻击途径，原则上提供动态执行能力的语言特性，都需要提防发生注入攻击的可能。

首先，就是最常见的 SQL 注入攻击。一个典型的场景就是 Web 系统的用户登录功能，根据用户输入的用户名和密码，我们需要去后端数据库核实信息。假设应用逻辑是，后端程序利用界面输入动态生成类似下面的 SQL，然后让 JDBC 执行。

Select * from use_info where username = “input_usr_name” and password = “input_pwd”

但是，如果我输入的 input_pwd 是类似下面的文本，

“ or “”=”

它是利用了期望输入和可能输入之间的偏差。上面例子中，期望用户输入一个数值，但实际输入的则是 SQL 语句片段。类似场景可以利用注入的不同 SQL 语句，进行各种不同目的的攻击，甚至还可以加上“;delete xxx”之类语句，如果数据库权限控制不合理，攻击效果就可能是灾难性的。

解决：

  • 在数据输入阶段，填补期望输入和可能输入之间的鸿沟。可以进行输入校验，限定什么类型的输入是合法的，例如，不允许输入标点符号等特殊字符，或者特定结构的输入。
  • 在 Java 应用进行数据库访问时，如果不用完全动态的 SQL，而是利用 PreparedStatement，可以有效防范 SQL 注入。不管是 SQL 注入，还是 OS 命令注入，程序利用字符串拼接生成运行逻辑都是个可能的风险点！
  • 在数据库层面，如果对查询、修改等权限进行了合理限制，就可以在一定程度上避免被注入删除等高破坏性的代码。

第二，操作系统命令注入。Java 语言提供了类似 Runtime.exec(…) 的 API，可以用来执行特定命令，假设我们构建了一个应用，以输入文本作为参数，执行下面的命令：

ls –la input_file_name

但是如果用户输入是 “input_file_name;rm –rf /*”，这就有可能出现问题了。当然，这只是个举例，Java 标准类库本身进行了非常多的改进，所以类似这种编程错误，未必可以真的完成攻击，但其反映的一类场景是真实存在的。

第三，XML 注入攻击。Java 核心类库提供了全面的 XML 处理、转换等各种 API，而 XML 自身是可以包含动态内容的，例如 XPATH，如果使用不当，可能导致访问恶意内容。

还有类似 LDAP 等允许动态内容的协议，都是可能利用特定命令，构造注入式攻击的，包括 XSS（Cross-site Scripting）攻击，虽然并不和 Java 直接相关，但也可能在 JSP 等动态页面中发生。

Java 安全基础可以简单归为三个主要组成部分：

第一，运行时安全机制。可以简单认为，就是限制 Java 运行时的行为，不要做越权或者不靠谱的事情，具体来看：

  • 在类加载过程中，进行字节码验证，以防止不合规的代码影响 JVM 运行或者载入其他恶意代码。
  • 类加载器本身也可以对代码之间进行隔离，例如，应用无法获取启动类加载器（Bootstrap Class-Loader）对象实例，不同的类加载器也可以起到容器的作用，隔离模块之间不必要的可见性等。目前，Java Applet、RMI 等特性已经或逐渐退出历史舞台，类加载等机制总体上反倒在不断简化。
  • 利用 SecurityManger 机制和相关的组件，限制代码的运行时行为能力，其中，你可以定制 policy 文件和各种粒度的权限定义，限制代码的作用域和权限，例如对文件系统的操作权限，或者监听某个网络端口的权限等。
    Java 的安全模型是以代码为中心的，贯穿了从类加载，如 URLClassLoader 加载网络上的 Java 类等，到应用程序运行时权限检查等全过程。
  • 另外，从原则上来说，Java 的 GC 等资源回收管理机制，都可以看作是运行时安全的一部分，如果相应机制失效，就会导致 JVM 出现 OOM 等错误，可看作是另类的拒绝服务。

第二，Java 提供的安全框架 API，这是构建安全通信等应用的基础。例如：

  • 加密、解密 API。
  • 授权、鉴权 API。
  • 安全通信相关的类库，比如基本 HTTPS 通信协议相关标准实现，如TLS 1.3；或者附属的类似证书撤销状态判断（OSCP）等协议实现。

注意，这一部分 API 内部实现是和厂商相关的，不同 JDK 厂商往往会定制自己的加密算法实现。

第三， 就是 JDK 集成的各种安全工具，例如：

  • keytool，这是个强大的工具，可以管理安全场景中不可或缺的秘钥、证书等，并且可以管理 Java 程序使用的 keystore 文件。
  • jarsigner，用于对 jar 文件进行签名或者验证。

在应用实践中，如果对安全要求非常高，建议打开 SecurityManager

-Djava.security.manager

通常只要开启 SecurityManager，就会导致 10% ~ 15% 的性能下降，在 JDK 9 以后，这个开销有所改善。

对于拒绝服务（DoS）攻击，分析 Java 开发者需要重点考虑的点。

DoS 是一种常见的网络攻击，有人也称其为“洪水攻击”。最常见的表现是，利用大量机器发送请求，将目标网站的带宽或者其他资源耗尽，导致其无法响应正常用户的请求

  • 如果使用的是早期的 JDK 和 Applet 等技术，攻击者构建合法但恶劣的程序就相对容易，例如，将其线程优先级设置为最高，做一些看起来无害但空耗资源的事情。幸运的是类似技术已经逐步退出历史舞台，在 JDK 9 以后，相关模块就已经被移除。
  • 对于哈希碰撞攻击，对方可以轻易消耗系统有限的 CPU 和线程资源。从这个角度思考，类似加密、解密、图形处理等计算密集型任务，都要防范被恶意滥用，以免攻击者通过直接调用或者间接触发方式，消耗系统资源。
  • 利用 Java 构建类似上传文件或者其他接受输入的服务，需要对消耗系统内存或存储的上限有所控制，因为我们不能将系统安全依赖于用户的合理使用。其中特别注意的是涉及解压缩功能时，就需要防范Zip bomb等特定攻击。
  • 另外，Java 程序中需要明确释放的资源有很多种，比如文件描述符、数据库连接，甚至是再入锁，任何情况下都应该保证资源释放成功，否则即使平时能够正常运行，也可能被攻击者利用而耗尽某类资源，这也算是可能的 DoS 攻击来源。

所以可以看出，实现安全的 Java 代码，需要从功能设计到实现细节，都充分考虑可能的安全影响。