Question

参数化查询为什么能够防止SQL注入

Answer 1

首先：我们要了解SQL收到一个指令后所做的事情：

具体细节可以查看文章：Sql Server 编译、重编译与执行计划重用原理

在这里，我简单的表示为： 收到指令 -> 编译SQL生成执行计划 ->选择执行计划 ->执行执行计划。

具体可能有点不一样，但大致的步骤如上所示。

接着我们来分析为什么拼接SQL 字符串会导致SQL注入的风险呢？

首先创建一张表Users:
CREATE TABLE [dbo].[Users](

[Id] [uniqueidentifier] NOT NULL,

[UserId] [int] NOT NULL,

[UserName] [varchar](50) NULL,

[Password] [varchar](50) NOT NULL,

CONSTRAINT [PK_Users] PRIMARY KEY CLUSTERED

(

[Id] ASC

)WITH (PAD_INDEX = OFF, STATISTICS_NORECOMPUTE = OFF, IGNORE_DUP_KEY = OFF, ALLOW_ROW_LOCKS = ON, ALLOW_PAGE_LOCKS = ON) ON [PRIMARY]

) ON [PRIMARY]

插入一些数据：
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),1,'name1','pwd1');
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),2,'name2','pwd2');
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),3,'name3','pwd3');
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),4,'name4','pwd4');
INSERT INTO [Test].[dbo].[Users]([Id],[UserId],[UserName],[Password])VALUES (NEWID(),5,'name5','pwd5');

假设我们有个用户登录的页面，代码如下：

验证用户登录的sql 如下：
select COUNT(*) from Users where Password = 'a' and UserName = 'b'

这段代码返回Password 和UserName都匹配的用户数量，如果大于1的话，那么就代表用户存在。

本文不讨论SQL 中的密码策略，也不讨论代码规范，主要是讲为什么能够防止SQL注入，请一些同学不要纠结与某些代码，或者和SQL注入无关的主题。

可以看到执行结果：

这个是SQL profile 跟踪的SQL 语句。

注入的代码如下：
select COUNT(*) from Users where Password = 'a' and UserName = 'b' or 1=1—'

这里有人将UserName设置为了 “b' or 1=1 –”.

实际执行的SQL就变成了如下：

可以很明显的看到SQL注入成功了。

很多人都知道参数化查询可以避免上面出现的注入问题，比如下面的代码：
class Program
{
private static string connectionString = "Data Source=.;Initial Catalog=Test;Integrated Security=True";

static void Main(string[] args)
{
Login("b", "a");
Login("b' or 1=1--", "a");
}

private static void Login(string userName, string password)
{
using (SqlConnection conn = new SqlConnection(connectionString))
{
conn.Open();
SqlCommand comm = new SqlCommand();
comm.Connection = conn;
//为每一条数据添加一个参数
comm.CommandText = "select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName";
comm.Parameters.AddRange(
new SqlParameter[]{
new SqlParameter("@Password", SqlDbType.VarChar) { Value = password},
new SqlParameter("@UserName", SqlDbType.VarChar) { Value = userName},
});

comm.ExecuteNonQuery();
}
}
}

实际执行的SQL 如下所示：
exec sp_executesql N'select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName',N'@Password varchar(1),@UserName varchar(1)',@Password='a',@UserName='b'
exec sp_executesql N'select COUNT(*) from Users where Password = @Password and UserName = @UserName',N'@Password varchar(1),@UserName varchar(11)',@Password='a',@UserName='b'' or 1=1—'

可以看到参数化查询主要做了这些事情：
1：参数过滤，可以看到 @UserName='b'' or 1=1—'
2：执行计划重用

因为执行计划被重用，所以可以防止SQL注入。

首先分析SQL注入的本质，

用户写了一段SQL 用来表示查找密码是a的，用户名是b的所有用户的数量。

通过注入SQL，这段SQL现在表示的含义是查找(密码是a的，并且用户名是b的，) 或者1=1 的所有用户的数量。

可以看到SQL的语意发生了改变，为什么发生了改变呢？，因为没有重用以前的执行计划，因为对注入后的SQL语句重新进行了编译，因为重新执行了语法解析。所以要保证SQL语义不变，即我想要表达SQL就是我想表达的意思，不是别的注入后的意思，就应该重用执行计划。

如果不能够重用执行计划，那么就有SQL注入的风险，因为SQL的语意有可能会变化，所表达的查询就可能变化。

在SQL Server 中查询执行计划可以使用下面的脚本：
DBCC FreeProccache

select total_elapsed_time / execution_count 平均时间,total_logical_reads/execution_count 逻辑读,
usecounts 重用次数,SUBSTRING(d.text, (statement_start_offset/2) + 1,
((CASE statement_end_offset
WHEN -1 THEN DATALENGTH(text)
ELSE statement_end_offset END
- statement_start_offset)/2) + 1) 语句执行 from sys.dm_exec_cached_plans a
cross apply sys.dm_exec_query_plan(a.plan_handle) c
,sys.dm_exec_query_stats b
cross apply sys.dm_exec_sql_text(b.sql_handle) d
--where a.plan_handle=b.plan_handle and total_logical_reads/execution_count>4000
ORDER BY total_elapsed_time / execution_count DESC;