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

　　(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，通過驗(yàn)證每個(gè)標(biāo)識(shí)符聲明的屬性來定義這些輸入數(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)行過程中，當(dāng)由中間件產(chǎn)生的SQL查詢的語法結(jié)構(gòu)與RFID應(yīng)用程序開發(fā)者所設(shè)定的SQL語法結(jié)構(gòu)不同時(shí)，SQL注入攻擊發(fā)生。將SQL語句寫成查詢集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語法和受污染SQL語法之間的差異，每個(gè)動(dòng)態(tài)生成的SQL語句包括一組標(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語句劃分為一組獨(dú)立SQL語句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：

　　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)跳過其他過濾條件，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，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)。首先通過表2的關(guān)鍵語句在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面與正常頁面的異同來判定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

　　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)完整性策略來防御SQLIA攻擊。通過檢測(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)。