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如何利用MySQL的内部SQL解析器（SQL Parser）实现自定义的查询防火墙？

好的，开始吧。

利用MySQL内部SQL解析器构建自定义查询防火墙

大家好！今天我将和大家分享如何利用MySQL的内部SQL解析器构建自定义的查询防火墙。传统的防火墙主要关注网络层面的安全，而SQL注入等攻击往往发生在应用层，因此，我们需要更精细的控制，直接在数据库层面进行防御。

一、为什么需要自定义查询防火墙？

传统的防火墙，例如网络防火墙，主要关注网络协议、端口等，无法理解SQL语句的语义。因此，对于SQL注入等攻击防范能力有限。而应用层的安全机制，例如参数化查询，也存在开发人员疏忽导致的安全漏洞。

自定义查询防火墙直接分析SQL语句，可以实现以下功能：

  • 防止SQL注入： 识别并阻止潜在的SQL注入攻击。
  • 限制特定SQL操作： 禁止执行DELETE、UPDATE等高危操作，或者限制对特定表的访问。
  • 审计SQL语句： 记录所有执行的SQL语句，用于安全审计和问题排查。
  • 规范SQL语句： 强制使用特定的SQL编写规范，例如禁止使用SELECT *。
  • 资源控制： 限制SQL查询的复杂度，防止资源滥用。

二、MySQL内部SQL解析器介绍

MySQL服务器在执行SQL语句之前，会对其进行解析、优化和执行。其中，解析器负责将SQL语句转换为内部的抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）。通过访问和修改AST，我们可以实现对SQL语句的拦截、分析和修改。

MySQL 5.7及之前的版本，SQL解析器主要使用yacc/lex工具生成，代码比较复杂，不易扩展。MySQL 8.0及之后的版本，引入了新的SQL解析器，基于C++编写，结构更加清晰，扩展性更好。

目前，主要有两种方式可以访问MySQL的SQL解析器：

  • 使用MySQL插件API： 这是官方推荐的方式，可以编写MySQL插件，拦截SQL语句，访问和修改AST。
  • 修改MySQL源码： 这是一种比较底层的方案，需要修改MySQL的源码，重新编译。不推荐在生产环境中使用。

三、基于MySQL插件API实现查询防火墙

这里我们重点介绍如何使用MySQL插件API实现查询防火墙。

3.1 插件API介绍

MySQL提供了一系列的插件API，允许开发者扩展MySQL的功能。与查询防火墙相关的API主要包括：

  • mysql_parse()：用于解析SQL语句，生成AST。
  • thd（线程句柄）：包含当前连接的信息，例如用户、数据库等。
  • lex（词法分析器）：提供SQL语句的词法信息。
  • 各种AST节点结构体：例如Item、Table_ref、Select_lex等，用于访问和修改AST。

3.2 实现步骤

  1. 创建插件项目： 创建一个C++项目，包含MySQL的头文件。

    #include <mysql/plugin.h>
#include <mysql/server.h>
#include <sql_class.h>
#include <sql_lex.h>
#include <sql_yacc.h>
#include <mysqld_error.h>

  2. 定义插件结构体： 定义一个插件结构体，包含插件的名称、版本、描述等信息。

    struct st_mysql_daemon firewall_plugin;

static struct st_mysql_daemon firewall_plugin = {
    MYSQL_DAEMON_INTERFACE_VERSION
};

  3. 实现插件初始化函数： 在插件初始化函数中，注册SQL语句拦截器。

    static int firewall_plugin_init(void *arg) {
    (void)arg;
    // 注册SQL语句拦截器
    mysql_add_plugin_parse(firewall_parse_hook);
    return 0;
}

  4. 实现SQL语句拦截器： 实现firewall_parse_hook函数，该函数会在MySQL解析SQL语句之前被调用。

    static int firewall_parse_hook(THD *thd, char *query, unsigned int length) {
    // 在这里实现SQL语句的拦截和分析逻辑
    // ...
    return 0; // 返回0表示继续执行，返回非0表示停止执行
}

  5. 实现SQL语句分析逻辑： 在firewall_parse_hook函数中，使用mysql_parse()函数解析SQL语句，获取AST。然后，遍历AST，分析SQL语句的结构和内容，判断是否符合安全策略。

    static int firewall_parse_hook(THD *thd, char *query, unsigned int length) {
    LEX_STRING str;
    str.str = (uchar*)query;
    str.length = length;

    parse_context *parse_ctx = new parse_context();
    parse_ctx->thd = thd;
    parse_ctx->sql = std::string(query, length);

    int result = mysql_parse(parse_ctx, &str);

    if (result) {
        // 解析失败，记录日志并阻止执行
        my_error(ER_PARSE_ERROR, MYF(0), "SQL parse error: %s", query);
        delete parse_ctx;
        return 1;
    }

    // 获取AST根节点
    Sql_cmd *sql_cmd = parse_ctx->sql_cmd;

    // 分析SQL语句
    bool is_safe = analyze_sql(thd, sql_cmd, query);

    if (!is_safe) {
        // SQL语句不安全，记录日志并阻止执行
        my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "SQL statement blocked: %s", query);
        delete parse_ctx;
        return 1;
    }

    delete parse_ctx;
    return 0;
}

struct parse_context {
  THD *thd;
  std::string sql;
  Sql_cmd *sql_cmd = nullptr;
};

int mysql_parse(parse_context *parse_ctx, LEX_STRING *str) {
    THD *thd = parse_ctx->thd;
    LEX *lex = thd->lex;

    lex->sql_command = -1;
    lex->start = str->str;
    lex->end = str->str + str->length;
    lex->current_input = str->str;
    lex->query = str->str;
    lex->query_length = str->length;
    lex->thd = thd;
    lex->mysql_parse_context = parse_ctx;

    int result = parse_sql(lex, &parse_ctx->sql_cmd);

    return result;
}
    extern int parse_sql(LEX *lex, Sql_cmd **sql_cmd);

  6. 实现analyze_sql函数： 实现analyze_sql函数，该函数负责遍历AST，分析SQL语句的结构和内容，判断是否符合安全策略。

    bool analyze_sql(THD *thd, Sql_cmd *sql_cmd, const char *query) {
    if (sql_cmd == nullptr) {
        return true;
    }

    // 判断SQL语句类型
    if (sql_cmd->lex->sql_command == SQLCOM_SELECT) {
        // 分析SELECT语句
        return analyze_select(thd, (SELECT_LEX*)sql_cmd, query);
    } else if (sql_cmd->lex->sql_command == SQLCOM_UPDATE) {
        // 分析UPDATE语句
        return analyze_update(thd, (UPDATE_LEX*)sql_cmd, query);
    } else if (sql_cmd->lex->sql_command == SQLCOM_DELETE) {
        // 分析DELETE语句
        return analyze_delete(thd, (DELETE_LEX*)sql_cmd, query);
    } else if (sql_cmd->lex->sql_command == SQLCOM_INSERT) {
        // 分析INSERT语句
        return analyze_insert(thd, (INSERT_LEX*)sql_cmd, query);
    }

    // 其他类型的SQL语句，默认允许执行
    return true;
}

  7. 实现analyze_select、analyze_update、analyze_delete、analyze_insert等函数： 这些函数分别负责分析不同类型的SQL语句，根据安全策略进行判断。

    例如，analyze_select函数可以检查是否使用了SELECT *，或者是否访问了敏感表。

    bool analyze_select(THD *thd, SELECT_LEX *select_lex, const char *query) {
    // 检查是否使用了SELECT *
    if (select_lex->wild) {
        // 记录日志并阻止执行
        my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "SELECT * is not allowed: %s", query);
        return false;
    }

    // 检查是否访问了敏感表
    for (Table_ref *table_ref = select_lex->from; table_ref != nullptr; table_ref = table_ref->next_joint) {
        if (table_ref->table_name.name == "sensitive_table") {
            // 记录日志并阻止执行
            my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "Access to sensitive_table is not allowed: %s", query);
            return false;
        }
    }

    // 其他检查
    // ...

    return true;
}
    bool analyze_update(THD *thd, UPDATE_LEX *update_lex, const char *query) {
    // 限制更新操作
    if (thd->security_context->user == "readonly_user") {
        my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "Update is not allowed for readonly_user: %s", query);
        return false;
    }
    return true;
}

bool analyze_delete(THD *thd, DELETE_LEX *delete_lex, const char *query) {
    // 禁止删除操作
    my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "Delete is not allowed: %s", query);
    return false;
}

bool analyze_insert(THD *thd, INSERT_LEX *insert_lex, const char *query) {
    // 限制插入操作
    return true;
}

  8. 编译插件： 使用MySQL提供的mysql_config工具编译插件。

    g++ -shared -fPIC -I/usr/include/mysql -o firewall_plugin.so firewall_plugin.cc `mysql_config --libs`

  9. 安装插件： 将编译好的插件复制到MySQL的插件目录，并在MySQL中安装插件。

    INSTALL PLUGIN firewall_plugin SONAME 'firewall_plugin.so';

  10. 配置插件: 可以增加额外的配置表，控制防火墙的策略。

    CREATE TABLE firewall_rules (
  id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  rule_name VARCHAR(255) NOT NULL,
  rule_type ENUM('select', 'update', 'delete', 'insert') NOT NULL,
  rule_pattern TEXT,
  action ENUM('allow', 'deny') NOT NULL,
  status ENUM('enabled', 'disabled') NOT NULL DEFAULT 'enabled'
);

    然后在analyze_sql函数中，查询firewall_rules表，根据规则进行判断。

    bool analyze_sql(THD *thd, Sql_cmd *sql_cmd, const char *query) {
    // 查询防火墙规则
    std::vector<FirewallRule> rules = load_firewall_rules(sql_cmd->lex->sql_command);

    for (const auto& rule : rules) {
        // 根据规则进行判断
        if (rule.action == "deny") {
            // 记录日志并阻止执行
            my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "SQL statement blocked by rule '%s': %s", rule.rule_name.c_str(), query);
            return false;
        }
    }

    // ...
    return true;
}

四、代码示例

这里提供一个简单的代码示例，演示如何拦截包含SELECT *的SQL语句。

#include <mysql/plugin.h>
#include <mysql/server.h>
#include <sql_class.h>
#include <sql_lex.h>
#include <sql_yacc.h>
#include <mysqld_error.h>

struct st_mysql_daemon firewall_plugin;

static struct st_mysql_daemon firewall_plugin = {
    MYSQL_DAEMON_INTERFACE_VERSION
};

struct parse_context {
  THD *thd;
  std::string sql;
  Sql_cmd *sql_cmd = nullptr;
};

extern int parse_sql(LEX *lex, Sql_cmd **sql_cmd);

int mysql_parse(parse_context *parse_ctx, LEX_STRING *str) {
    THD *thd = parse_ctx->thd;
    LEX *lex = thd->lex;

    lex->sql_command = -1;
    lex->start = str->str;
    lex->end = str->str + str->length;
    lex->current_input = str->str;
    lex->query = str->str;
    lex->query_length = str->length;
    lex->thd = thd;
    lex->mysql_parse_context = parse_ctx;

    int result = parse_sql(lex, &parse_ctx->sql_cmd);

    return result;
}

bool analyze_select(THD *thd, SELECT_LEX *select_lex, const char *query) {
    // 检查是否使用了SELECT *
    if (select_lex->wild) {
        // 记录日志并阻止执行
        my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "SELECT * is not allowed: %s", query);
        return false;
    }

    return true;
}

bool analyze_sql(THD *thd, Sql_cmd *sql_cmd, const char *query) {
    if (sql_cmd == nullptr) {
        return true;
    }

    // 判断SQL语句类型
    if (sql_cmd->lex->sql_command == SQLCOM_SELECT) {
        // 分析SELECT语句
        return analyze_select(thd, (SELECT_LEX*)sql_cmd, query);
    }

    // 其他类型的SQL语句，默认允许执行
    return true;
}

static int firewall_parse_hook(THD *thd, char *query, unsigned int length) {
    LEX_STRING str;
    str.str = (uchar*)query;
    str.length = length;

    parse_context *parse_ctx = new parse_context();
    parse_ctx->thd = thd;
    parse_ctx->sql = std::string(query, length);

    int result = mysql_parse(parse_ctx, &str);

    if (result) {
        // 解析失败，记录日志并阻止执行
        my_error(ER_PARSE_ERROR, MYF(0), "SQL parse error: %s", query);
        delete parse_ctx;
        return 1;
    }

    // 获取AST根节点
    Sql_cmd *sql_cmd = parse_ctx->sql_cmd;

    // 分析SQL语句
    bool is_safe = analyze_sql(thd, sql_cmd, query);

    if (!is_safe) {
        // SQL语句不安全，记录日志并阻止执行
        my_error(ER_ILLEGAL_STATEMENT, MYF(0), "SQL statement blocked: %s", query);
        delete parse_ctx;
        return 1;
    }

    delete parse_ctx;
    return 0;
}

static int firewall_plugin_init(void *arg) {
    (void)arg;
    // 注册SQL语句拦截器
    mysql_add_plugin_parse(firewall_parse_hook);
    return 0;
}

static int firewall_plugin_deinit(void *arg) {
    (void)arg;
    mysql_remove_plugin_parse(firewall_parse_hook);
    return 0;
}

static struct st_mysql_daemon firewall_plugin = {
    MYSQL_DAEMON_INTERFACE_VERSION,
    "firewall_plugin",
    "A simple SQL firewall plugin",
    "Your Name",
    "GPL",
    firewall_plugin_init,
    firewall_plugin_deinit,
    NULL,
    NULL,
    NULL,
    {NULL, NULL}
};

extern "C" {
PLUGIN_EXPORT st_mysql_daemon *mysql_daemon_plugin_info;
st_mysql_daemon *mysql_daemon_plugin_info = &firewall_plugin;
}

五、优缺点分析

优点：

  • 精细控制： 可以对SQL语句进行深度分析，实现精细的安全控制。
  • 实时防御： 在SQL语句执行之前进行拦截，可以有效防止SQL注入等攻击。
  • 灵活定制： 可以根据实际需求，定制安全策略。
  • 不依赖应用层： 即使应用层存在安全漏洞，也可以在数据库层面进行防御。

缺点：

  • 开发难度高： 需要深入了解MySQL的内部机制和SQL语法，开发难度较高。
  • 性能影响： SQL语句的解析和分析会增加额外的开销，可能会影响数据库的性能。
  • 维护成本高： 需要定期维护和更新安全策略，以应对新的攻击方式。
  • 兼容性问题： 插件可能与MySQL的版本存在兼容性问题，需要进行测试和适配。

六、注意事项

  • 性能测试： 在生产环境中使用之前，务必进行充分的性能测试，评估对数据库性能的影响。
  • 安全测试： 需要进行安全测试，验证防火墙的有效性。
  • 日志记录： 记录所有被拦截的SQL语句，用于安全审计和问题排查。
  • 版本兼容性： 关注MySQL的版本兼容性，及时更新插件。
  • 权限控制： 严格控制插件的权限，防止被恶意利用。

七、总结

通过MySQL的内部SQL解析器构建自定义查询防火墙，可以实现对SQL语句的精细控制，提高数据库的安全性。虽然开发难度较高，但可以提供更有效的防御机制。希望今天的分享能够帮助大家更好地保护自己的数据库安全。

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