【SQLインジェクション対策】徳丸先生に怒られない、動的SQLの安全な組み立て方

徳丸先生に怒られない
動的SQLの
安全な組み立て方
Makoto Kuwata
http://www.kuwata-lab.com/
PHP Conference 2015
ver 1.1.0

copyright 2015 kuwata-lab.com all rights reserved.©
本発表の作成には徳丸先生は関わって 
おりません。
内容の責任はすべて発表者にあるので、
ご意見がありましたら先生にではなく
発表者までお願いします。
!! CAUTION !!

発表の背景：裁判と損害賠償
引用： http://blog.tokumaru.org/2015/01/sql.html
SQLインジェクション脆弱性が原因でクレジット
カード情報が漏洩した事件につき、ショップ側が 
開発会社を相手取り損害賠償請求の裁判を起こし、
ショップ側が勝訴
結果、3131万9568円の損害を認定し、その3割を 
控除して、2262万3697円の損害賠償をY社に 
命じた

発表の背景：ばく大な金額
引用： http://www.ipa.go.jp/ﬁles/000013778.pdf
(SQLiによる推計される被害額について)
推計すると、約 4,800 万円∼1 億円程度を要する
ものと考えられる。

発表の目的
SQL Injection が起きる真の原因を考える
「プレースホルダを使ってないから」では考察不足
SQL Injection を起こさない方法を考える
「プレースホルダを使え」では対策不足

アジェンダ
考察：なぜSQL Injectionが発生するのか？
対策：SQLテンプレート
対策：SQL構文木
まとめ

前提知識
SQL Injection が何か、知ってること
（以降では SQL Injection を SQLi と省略）
プレースホルダやバインド変数について 
知ってること
「:id」や「?」がプレースホルダ、渡す値がバインド変数
PHPのコードが読めること
PHPカンファレンスなので :)

なぜSQL Injection が
発生するのか？

SQL Injection 対策
エスケープしろ！プレースホルダを使え！
http://www.ipa.go.jp/ﬁles/000017320.pdf

なぜSQL Injectionが発生するのか？
プレースホルダを使ってないから？

プレースホルダを使っててもSQLi
$sql = "select * from users" .

" where deleted_at is null";

$vars = [];

if ($max_age) {

$sql .= " and age <= :max_age";

$vars['max_age'] = $max_age;

}

if ($min_age) {

$sql .= " and age >= ".$min_age;

$vars['min_age'] = $min_age;

}
プレースホルダを
使っている
ただの文字列
連結! SQLi!

なぜSQL Injectionが発生するのか？
プレースホルダを使ってないから？
実情は、プレースホルダつきの安全なSQLを組み立てて 
いる最中に SQL Injection が入り込んでいる

これこそが真の原因
文字列連結でSQLを組み立ててるから

変数の埋め込みも文字列連結と同じ
// これと

$sql .= " and age >= ".$min_age;

// これは同じ

$sql .= " and age >= $min_age";
変数の埋め込みも
文字列連結と同じ

なぜ文字列結合でSQLを作るのか？
プレースホルダではできないことがあるから
要素数が動的に変わる in (....) 、order by でのカラム名指定

真の原因その2
// SQLを文字列で渡せてしまえるんだから、

// SQLを文字列結合で組み立ててしまうのは当然のこと

$st = pdo->prepare("select * from users");
SQLを文字列で指定できてしまうから

SQL Injection を防ぐには？
文字列連結ではない方法で動的SQLを 
組み立てればよい
方法：SQLテンプレート or SQL構文木 (詳細は後述)
SQL文字列ではない方法でSQLを 
指定できるようにすればよい
方法：SQL ID or SQL構文木 (詳細は後述)

SQL Injection が発生する本当の原因は、
ライブラリや API のインターフェースに
欠陥があるからである。
間違いを誘発するものを使い続ける限り、
SQL Injection がなくなることはない。
Let's Tweet!

ここまでのまとめ
SQLを文字列連結で組み立てるから、 
SQL Injection が発生する
対策：文字列連結ではない方法でSQLを組み立てる
生のSQLを文字列で渡せてしまうから、 
文字列連結を使ってしまう
対策：生のSQLを渡すかわりに別の方法でSQLを指定する
本質的にはAPIやインターフェースの欠陥
結果はセキュリティ被害だけど、原因はセキュリティとは違う

SQLテンプレートとは？
SQLを生成するためのテンプレート
WebアプリでのHTMLテンプレートと同じ
SQL Injection が発生しない（原理上は）
文字列連結が不可、値のエスケープ or プレースホルダを強制
注：内部の実装では文字列連結を使うが、開発者が明示的に使うことはできない。

サンプル：SQLテンプレート
/* 年齢の上限/下限が指定されたら、検索条件を追加 */

select * from users

where deleted_at is null

-- #if :max_age

and age <= :max_age

-- #end

-- #if :min_age

and age >= :min_age

-- #end

サンプル：PHPコードへ変換
/* 年齢の上限/下限が指定されたら、検索条件を追加 */

select * from users


<?php if ($vars['max_age']) { ?>

and age <= :max_age

<?php } ?>

<?php if ($vars['min_age']) { ?>

and age >= :min_age

<?php } ?>
注：実際はもう少し複雑なコードに変換される

サンプル：生成されたSQL
// $var = array("min_age"=>20) なら

select * from users


and age >= :min_age

SQLTempl8
SQLを対象としたテンプレートエンジン
https://github.com/kwatch/sqltempl8/
まだコンセプト実装（いろいろ足りない）
使い方は随時変わるので、最新のドキュメントを参照のこと

SQLTempl8：SQLを生成
1: <?php

2: require_once 'sqltempl8.php';

3: $t = new SQLTempl8("sql/users.sql");

4: $vars = array('min_age'=>20);

5: $sql = $t->render($vars);

6: echo $sql;

//=> select * from users

// where deleted_at is null

// and age >= :min_age

SQLTempl8：SQLを実行
1: <?php

2: require_once 'sqltempl8.php';

3: $t = new SQLTempl8("sql/users.sql");

4: $vars = array('min_age'=>20);

5: $pdo_conn = new PDO(".....");

6: $pdo_stmt = $t->execute($pdo_conn, $vars);

7: if ($pdo_stmt !== null) {

8: foreach ($pdo_stmt as $row) { ... }

9: }

なぜSQL Injectionが発生しないの？
// SQLテンプレート

select * from users


-- #if :max_age

and age <= :max_age

-- #end

-- #if :min_age

and age >= :min_age

-- #end
文字列連結が書けない
(文法が極めて限定的)
変数値が埋め込めない
(プレースホルダを強制)

なぜSQL Injectionが発生しないの？
// メインプログラム

<?php

require_once 'sqltempl8.php';

$t = new SQLTempl8("sql/users.sql");

$vars = array('min_age'=>20);

$pdo_conn = new PDO(".....");

$pdo_stmt = $t->execute($pdo_conn, $vars);

if ($pdo_stmt !== null) {

foreach ($pdo_stmt as $row) { ... }

}
SQL IDとしてテンプレートの
ファイル名を指定
(生のSQLを指定しない)

Q：PHPコードが埋め込めるのでは？
セキュリティ上の大きな穴になりそう…
// SQL template

select <?= $_GET['param'] ?>

from users

where true

-- % if :max_age

and age <= :max_age

-- % end

-- % if :min_age

and age >= :min_age

-- % end

A：'<?' をエスケープします
ちゃんとSQL Syntax Errorになってくれます
// PHP code

select <<?php ?>?= $_GET['param'] ?>

from users

where true

<?php if ($var['max_age']) { ?>

and age <= :max_age

<?php } ?>

<?php if ($var['min_age']) { ?>

and age >= :min_age

<?php } ?>

Q：'=' と 'is null' との切り替えは？
値が null なら '=' を 'is null' にしてほしい
select * from users

where deleted_on = :deleted

// これ↓は面倒なのでいやだ

select * from users

-- #if :deleted

where deleted_on = :deleted

-- #else

where deleted_on is null

-- #end
$vars['deleted'] がnullなら 
'=' を 'is null' に自動的に変更
してほしい

A：MySQLの '<=>' 演算子を使おう
ポスグレなら 'is not distinct from' 演算子
select * from users

where deleted_on <=> :deleted

値が null なら deleted_on is null と同じ、
それ以外なら deleted_on = :deleted と同じ
注：本当なら、SQL構文を解析して '=' 演算子を置換することが望ましい。

Q：where句の追加が面倒では？
例：上下限値があるときだけwhere句を追加
select * from users

-- #if :max_age or :min_age

where true

-- #if :max_age

and age <= :max_age

-- #end

-- #if :min_age

and age >= :min_age

-- #end

-- #end
この条件分岐が面倒!!

A：DBの最適化機能に任せよう
「where true」が残っても性能に影響はない
select * from users

-- #if :max_age or :min_age

where true

-- #if :max_age

and age <= :max_age

-- #end

-- #if :min_age

and age >= :min_age

-- #end

-- #end
余分な 'where true' は
DBのOptimizerが 
取り除いてくれる
(実行計画を見れば確認可能)

Q：やっぱり埋め込み式が欲しい！
placeholderでは表名やカラム名が指定できない
select *

from blog_entries_<?= $user ?>


order by <?= $sortkey ?>
from :table とはできない
order by :sortkey とはできない

A：制限つき埋め込み式を用意しました
値として、英数字と '_' と '.' だけを許可
// SQL template

select * from blog_entries

order by [=:sortkey=]

// PHP code

select * from blog_entries

order by <?php

if (! preg_match('/^w+(.w+)*$/',

$vars['sortkey'])

throw new SQLTemplateError("error");

echo $vars['sortkey']; ?>
テーブル名やカラム名で
なければ例外を発生

課題
xxx in (...) のサポートがまだ
プレースホルダではうまく扱うのが難しく、仕様を考え中 
（できるならPDOのエスケープ機能 quote() を拡張したい）
foreach文の導入がまだ
これもプレースホルダでは扱いが難しいが、いわゆる 
バルクインサートでは必須なので実装したい
PDOは全部文字列として扱ってしまう!
バインド変数にデータ型を指定するよう変更予定

SQLテンプレートならSQLiが発生しない
文字列結合が書けない 
プレースホルダやエスケープを強制 
生SQLを指定できない

SQL構文木とは？
SQLを木構造で表したデータ
select
* where
=
id 123
from
books

SQL構文木の組み立て方
通常は専用のライブラリを使うか、…
$q = new Query();

$q->select('*')

->from('books')

->where('id', '=', 123);

$book = $q->query();

O/R Mapperを使う
class Book extends Entity { ... };

class Books extends Schema { ... };

$q = new Query(Books);

$q->where(Books::id->eq(123));

$book = $q->select('*');

演算子オーバーライドが使えると自然な記述に
// Ruby

book = Book.where(:id == 123).first()

// Python

book = db.query(Book)

.filter(Book.id == 123)

.first()
true/falseではなく
部分構文木を返す
参考：「演算子オーバーライドをDSLに活用する」でggr

構文木 → SQL文字列
'=' と 'is null' も、値に応じて自動的に変換
where
==
id 123
where
==
id null
where id = 123 where id is null

なぜSQL Injectionを防げるの？
文字列結合後にSQLをパースするからSQLiが発生
$id = $_GET['id'];

$sql = "select * from books

where id = '$id'";

// もし $id が "' or 1<>'" なら…⋯

select * from books

where id = '' or 1<>''

意図しない構造に
変わってしまった！

なぜSQL Injectionを防げるの？
SQL構文木なら意図しない変更ができない
where
=
id ' or 1 <>'
$q->where(

Books::id,

'=',

$_GET['id']

);

悪意ある値を
受けとっても…
木構造は影響を
受けない

本当は構文木のままDBに送信したい
SQL文字列は直列化形式として本当に妥当なのか？
where
=
id 123
送信
（注）直列化：構造のあるデータをバイト列に変換すること。 
データを送信したりファイルに保存するときに必要。
データベース
変換
select ...

from ...

where ...

and ...
もっと改ざんされにくい
形式でもいいのでは？
SQL文字列構文木

注意！それは木構造ではない！
// 一見、木構造を作ってるように見えるが…⋯

$q->where('id = ?', $_GET['id']);

// 実はそうではない

$q->where($_GET['col'].' = ?', $_GET['id']);
SQLを文字列で指定できて
しまうのでアウト

課題
動作速度は遅い
木構造の構築も、SQLへの変換も、動作コストが大きい
昨今のCPUパワーをもっと
安全性のために使ってほしい

SQL構文木を作るとSQLiが発生しない
悪意ある文字列を渡されてもSQL構造が変更されない

まとめ
動的SQLを作るのに文字列結合を避ける
かわりにSQLテンプレートやSQL構文木を使う
本質的にはAPIやインターフェースの欠陥
生のSQLを文字列で渡せてしまう 
→ だからSQLを文字列で組み立ててしまう 
→ だからSQL Injectionがなくならない

補足
型はSQLiの防止に役立つか？
Yes。型はValidationに役立つ、そしてバインド変数の
ValidationはSQLi防止に有効、なので型はSQLi防止に役立つ
型安全であればSQLiは防げるか？
No。型安全でも文字列連結はできる、そして文字列連結を使
うとSQLiが起こり得る、なので型安全でもSQLiが起こり得る
参考：https://twitter.com/ockeghem/status/650171306428596224
https://twitter.com/tanakh/status/650214648382291968 
https://twitter.com/tanakh/status/650215363943116800
型安全だけではSQLiは防げない、
もう一工夫必要

参考資料 (SQLテンプレート)
SQLTempl8
https://github.com/kwatch/sqltempl8
Doma - SQLテンプレートの仕組み
http://www.slideshare.net/taedium/doma-sql
DBFlute入門 - 外だしSQLの基本
http://gihyo.jp/dev/feature/01/dbﬂute/0005
S2JDBC - SQLファイル
http://s2container.seasar.org/2.4/ja/s2jdbc_manager_sqlfile.html

参考資料 (SQL構文木)
演算子オーバーライドをDSLに活用する
http://j.mp/slide_opdsl
O/R Mapperによるトラブルを未然に防ぐ
http://j.mp/slide_orm2
O/Rマッパーを支える技術
http://j.mp/slide_orm1

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私的反省会
今回の内容は、HTMLテンプレートでは 
すでに知られていたことばかり
自動エスケープ機能や、木構造が安全なことなど
それをSQLへ応用するのが遅れたせいで 
不幸な判決を生み出してしまった
HTMLテンプレートエンジン作者の一人としてお詫びします 
ごめんなさい

おしまい

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