如何利用MySQL的内部SQL解析器实现自定义的查询防火墙？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，我们开始今天的讲座，主题是：利用MySQL的内部SQL解析器实现自定义的查询防火墙。

引言

在数据库安全领域，查询防火墙扮演着至关重要的角色。它能够拦截或修改不符合安全策略的SQL查询，从而防止恶意攻击、数据泄露以及资源滥用。虽然市面上存在一些商业的查询防火墙产品，但往往价格昂贵且定制性较差。因此，构建一个自定义的查询防火墙，能够更好地满足特定的安全需求和业务场景。

MySQL提供了一系列内部机制，可以用来解析SQL语句并进行相应的处理。我们可以利用这些机制，在MySQL服务器层面构建一个自定义的查询防火墙。

一、MySQL SQL解析器概览

MySQL的SQL解析器负责将客户端提交的SQL语句转换成内部数据结构，以便服务器能够理解和执行。这个过程主要包括以下几个步骤：

词法分析（Lexical Analysis）: 将SQL语句分解成一系列的词法单元（tokens），例如关键字、标识符、运算符、常量等。
语法分析（Syntax Analysis）: 根据预定义的语法规则，将词法单元组织成语法树（parse tree）。
语义分析（Semantic Analysis）: 检查语法树的语义是否正确，例如检查表名、列名是否存在，数据类型是否匹配等。
查询优化（Query Optimization）: 根据查询的特点，选择最佳的执行计划。

虽然我们无法直接修改MySQL的SQL解析器的源代码（除非你愿意修改MySQL的内核），但MySQL提供了一些接口和插件机制，允许我们在SQL语句被解析后，但在执行前对其进行干预。

二、利用审计插件进行SQL拦截

MySQL的审计插件（Audit Plugin）提供了一种拦截和记录SQL语句的机制。我们可以利用审计插件，在SQL语句被解析后，但在执行前对其进行检查和修改。

安装和配置审计插件

首先，需要安装MySQL的审计插件。具体的安装方式取决于你使用的MySQL版本和操作系统。一般来说，可以通过以下步骤安装审计插件：

*   下载审计插件的安装包。
*   将审计插件的动态链接库（.so文件）复制到MySQL的插件目录。
*   在MySQL的配置文件（my.cnf或my.ini）中启用审计插件。

例如，在Linux系统上，可以使用以下命令安装审计插件：

```bash
INSTALL PLUGIN audit_log SONAME 'audit_log.so';
```

启用审计插件后，还需要配置审计插件的参数，例如指定审计日志的存储位置、审计的事件类型等。可以通过以下命令配置审计插件的参数：

```sql
SET GLOBAL audit_log_file = '/var/log/mysql/audit.log';
SET GLOBAL audit_log_rotate_on_size = 104857600; -- 100MB
SET GLOBAL audit_log_events = 'CONNECT,QUERY,TABLE';
```

编写自定义的审计插件回调函数

审计插件允许我们注册自定义的回调函数，在SQL语句被审计时执行。我们可以利用这些回调函数，实现自定义的查询防火墙逻辑。

审计插件的回调函数需要遵循一定的接口规范。一般来说，需要实现以下几个回调函数：

*   `audit_notify_event()`: 在SQL语句被审计时调用。我们可以在这个函数中检查SQL语句，并决定是否允许执行。
*   `audit_register()`: 在审计插件被加载时调用。我们可以在这个函数中初始化插件的状态。
*   `audit_unregister()`: 在审计插件被卸载时调用。我们可以在这个函数中释放插件的资源。

下面是一个简单的审计插件回调函数的示例：

```c
#include <mysql.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

static int audit_notify_event(MYSQL_THD thd, void *arg,
                             enum enum_audit_event_class event_class,
                             const char *query, size_t query_length) {
  if (event_class == AUDIT_CLASS_QUERY) {
    // 在这里实现自定义的查询防火墙逻辑
    // 例如，检查SQL语句是否包含危险的关键字，例如 DROP TABLE
    if (strstr(query, "DROP TABLE") != NULL) {
      // 拒绝执行SQL语句
      fprintf(stderr, "SQL query blocked: %sn", query);
      return 1; // 返回 1 表示拒绝执行
    }
  }
  return 0; // 返回 0 表示允许执行
}

static int audit_register(void) {
  // 初始化插件状态
  return 0;
}

static int audit_unregister(void) {
  // 释放插件资源
  return 0;
}

// 定义审计插件的接口结构
struct audit_interface_t audit_interface = {
  MYSQL_AUDIT_INTERFACE_VERSION,
  &audit_register,
  &audit_unregister,
  &audit_notify_event
};
```

编译和安装自定义的审计插件

将上述代码编译成动态链接库（.so文件），然后复制到MySQL的插件目录。

例如，可以使用以下命令编译审计插件：
```
gcc -fPIC -shared audit_plugin.c -o audit_plugin.so -I/usr/include/mysql
```
然后，使用以下命令安装审计插件：
```
INSTALL PLUGIN audit_plugin SONAME 'audit_plugin.so';
```

三、利用Parser Plugins进行SQL语句修改

MySQL 8.0引入了Parser Plugins，允许我们自定义SQL解析器，从而在SQL语句被解析后，但在执行前对其进行修改。这是一个比审计插件更强大的机制，可以实现更复杂的查询防火墙逻辑。

编写自定义的Parser Plugin

Parser Plugin需要实现以下几个接口：

*   `mysql_parser_init()`: 在插件加载时调用，用于初始化插件。
*   `mysql_parser_deinit()`: 在插件卸载时调用，用于释放插件资源。
*   `mysql_parser_parse()`: 用于解析SQL语句。这个函数需要将SQL语句转换成内部的数据结构，例如语法树。
*   `mysql_parser_free_parse_data()`: 用于释放`mysql_parser_parse()`函数返回的数据结构。
*   `mysql_parser_transform_ast()`: 这个函数允许我们修改抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST），从而修改SQL语句。这是实现查询防火墙的关键部分。

下面是一个简单的Parser Plugin的示例：

```c
#include <mysql.h>
#include <string.h>

typedef struct st_parser_plugin_data {
  char *original_query;
  char *modified_query;
} parser_plugin_data;

static int mysql_parser_init(void **parser_state) {
  *parser_state = NULL;
  return 0;
}

static void mysql_parser_deinit(void *parser_state) {
  // 释放资源
}

static int mysql_parser_parse(void *parser_state, const char *query,
                              size_t query_length, void **parse_data,
                              char **error_message) {
  parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)malloc(sizeof(parser_plugin_data));
  if (!data) {
    *error_message = strdup("Failed to allocate memory");
    return 1;
  }

  data->original_query = strdup(query); // 复制原始查询
  data->modified_query = strdup(query); // 初始时，modified_query和original_query相同

  *parse_data = data;
  return 0;
}

static void mysql_parser_free_parse_data(void *parse_data) {
  parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)parse_data;
  if (data) {
    free(data->original_query);
    free(data->modified_query);
    free(data);
  }
}

static int mysql_parser_transform_ast(void *parser_state, void *parse_data,
                                      char **modified_query,
                                      size_t *modified_query_length,
                                      char **error_message) {
  parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)parse_data;

  // 在这里实现自定义的查询防火墙逻辑
  // 例如，将所有的SELECT语句的LIMIT子句修改为最大值100
  if (strstr(data->original_query, "SELECT") != NULL) {
      char *limit_pos = strstr(data->original_query, "LIMIT");
      if (limit_pos == NULL) {
          // 如果没有LIMIT子句，则添加一个
          char new_query[strlen(data->original_query) + 20]; // 预留足够的空间
          sprintf(new_query, "%s LIMIT 100", data->original_query);
          free(data->modified_query);
          data->modified_query = strdup(new_query);
      } else {
        //如果已经存在limit，则替换掉
        char *before_limit = strndup(data->original_query, limit_pos - data->original_query);
        char new_query[strlen(before_limit) + 20];
        sprintf(new_query, "%s LIMIT 100", before_limit);
         free(before_limit);
         free(data->modified_query);
         data->modified_query = strdup(new_query);
      }
  }

  *modified_query = data->modified_query;
  *modified_query_length = strlen(data->modified_query);

  return 0;
}

// 定义Parser Plugin的接口结构
MYSQL_PARSER_PLUGIN parser_plugin = {
  MYSQL_PARSER_PLUGIN_INTERFACE_VERSION,
  mysql_parser_init,
  mysql_parser_deinit,
  mysql_parser_parse,
  mysql_parser_free_parse_data,
  mysql_parser_transform_ast
};
```

编译和安装自定义的Parser Plugin

将上述代码编译成动态链接库（.so文件），然后复制到MySQL的插件目录。

例如，可以使用以下命令编译Parser Plugin：
```
gcc -fPIC -shared parser_plugin.c -o parser_plugin.so -I/usr/include/mysql
```
然后，使用以下命令安装Parser Plugin：
```
INSTALL PLUGIN parser_plugin SONAME 'parser_plugin.so';
```
配置MySQL使用自定义的Parser Plugin

需要在MySQL的配置文件（my.cnf或my.ini）中指定使用自定义的Parser Plugin。
```
[mysqld]
parser_plugin=parser_plugin
```

四、查询防火墙的实现策略

利用审计插件或者Parser Plugins，我们可以实现各种各样的查询防火墙策略。以下是一些常见的策略：

SQL注入防御: 检查SQL语句是否包含SQL注入的特征，例如包含单引号、双引号、注释符等。可以使用正则表达式或者专门的SQL注入检测库进行检测。
权限控制: 限制用户只能执行特定的SQL操作，例如只允许SELECT语句，不允许UPDATE或DELETE语句。
敏感数据保护: 屏蔽或脱敏SQL语句中的敏感数据，例如身份证号、银行卡号等。可以使用正则表达式或者专门的数据脱敏库进行处理。
资源限制: 限制SQL语句的执行时间、CPU使用率、内存使用率等。可以使用MySQL的资源管理功能进行限制。
防止全表扫描: 检查SQL语句是否会进行全表扫描，如果会，则拒绝执行或者添加LIMIT子句。
DDL语句限制: 限制用户执行DDL语句（例如CREATE TABLE、DROP TABLE等），防止意外的数据丢失。

五、性能考虑

构建查询防火墙会增加MySQL服务器的开销。因此，需要仔细考虑性能问题。

选择合适的策略: 选择合适的查询防火墙策略，避免过度保护。
优化代码: 优化审计插件或Parser Plugin的代码，减少执行时间。
使用缓存: 使用缓存来存储已经检查过的SQL语句，避免重复检查。
监控性能: 监控MySQL服务器的性能，及时发现和解决性能问题。

六、实例代码

下面提供一个更复杂的Parser Plugin的示例，用于屏蔽SQL语句中的敏感数据（假设敏感数据是身份证号，使用正则表达式检测）：

#include <mysql.h>
#include <string.h>
#include <regex.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

typedef struct st_parser_plugin_data {
    char *original_query;
    char *modified_query;
} parser_plugin_data;

static int mysql_parser_init(void **parser_state) {
    *parser_state = NULL;
    return 0;
}

static void mysql_parser_deinit(void *parser_state) {
    // 释放资源
}

static int mysql_parser_parse(void *parser_state, const char *query,
                              size_t query_length, void **parse_data,
                              char **error_message) {
    parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)malloc(sizeof(parser_plugin_data));
    if (!data) {
        *error_message = strdup("Failed to allocate memory");
        return 1;
    }

    data->original_query = strdup(query);
    data->modified_query = strdup(query); // 初始状态，modified_query和original_query相同

    *parse_data = data;
    return 0;
}

static void mysql_parser_free_parse_data(void *parse_data) {
    parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)parse_data;
    if (data) {
        free(data->original_query);
        free(data->modified_query);
        free(data);
    }
}

static int mysql_parser_transform_ast(void *parser_state, void *parse_data,
                                       char **modified_query,
                                       size_t *modified_query_length,
                                       char **error_message) {
    parser_plugin_data *data = (parser_plugin_data *)parse_data;
    const char *original_query = data->original_query;
    char *modified_query_buf = strdup(original_query); // 创建一个可修改的查询副本
    if (!modified_query_buf) {
        *error_message = strdup("Failed to allocate memory for modified query");
        return 1;
    }

    // 正则表达式匹配身份证号
    const char *pattern = "[1-9]\d{16}[0-9Xx]"; // 简单的身份证号正则表达式
    regex_t regex;
    int ret = regcomp(&regex, pattern, REG_EXTENDED);
    if (ret) {
        size_t length = regerror(ret, &regex, NULL, 0);
        char *buffer = (char *)malloc(length);
        regerror(ret, &regex, buffer, length);
        fprintf(stderr, "regcomp error: %sn", buffer);
        free(buffer);
        *error_message = strdup("Failed to compile regex");
        free(modified_query_buf);
        return 1;
    }

    regmatch_t match[1];
    int offset = 0;
    while (regexec(&regex, original_query + offset, 1, match, 0) == 0) {
        size_t start = match[0].rm_so + offset;
        size_t end = match[0].rm_eo + offset;
        size_t length = end - start;

        // 将匹配到的身份证号替换为"********"
        memset(modified_query_buf + start, '*', length);

        offset = end; // 从匹配结束的位置继续查找
    }

    regfree(&regex);

    free(data->modified_query); // 释放之前的modified_query
    data->modified_query = modified_query_buf;

    *modified_query = data->modified_query;
    *modified_query_length = strlen(data->modified_query);

    return 0;
}

// 定义Parser Plugin的接口结构
MYSQL_PARSER_PLUGIN parser_plugin = {
    MYSQL_PARSER_PLUGIN_INTERFACE_VERSION,
    mysql_parser_init,
    mysql_parser_deinit,
    mysql_parser_parse,
    mysql_parser_free_parse_data,
    mysql_parser_transform_ast
};

七、总结

利用MySQL的审计插件和Parser Plugins，我们可以构建自定义的查询防火墙，从而提高数据库的安全性。Parser Plugins提供了更强大的功能，可以修改SQL语句，但同时也需要更多的开发工作。在选择合适的策略时，需要仔细考虑安全需求和性能影响。记住，安全是一个持续的过程，需要不断地评估和改进。

MySQL内部SQL解析器提供了强大的扩展能力，通过审计插件和Parser Plugins，可以构建自定义的查询防火墙。需要根据实际需求选择合适的方案，并注意性能优化。

发表回复 取消回复

发表回复取消回复