如何利用MySQL的内部SQL解析器（SQL Parser）与抽象语法树（AST）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

利用MySQL内部SQL解析器与AST构建自定义查询防火墙

各位听众，大家好！今天我们来探讨一个非常实用且具有挑战性的主题：如何利用MySQL的内部SQL解析器与抽象语法树（AST）构建自定义的查询防火墙。在当今数据安全日益重要的环境下，构建一个有效的查询防火墙，防止恶意SQL注入、未经授权的数据访问以及其他潜在的安全风险，至关重要。

1. 传统查询防火墙的局限性

传统的查询防火墙通常依赖于正则表达式或者黑名单机制来匹配SQL语句。这种方法存在诸多局限性：

容易被绕过： 攻击者可以通过巧妙的编码、注释或者其他手段来绕过正则表达式的匹配。
维护成本高： 黑名单需要不断更新，以应对新的攻击模式，维护成本非常高昂。
误判率高： 正则表达式匹配可能导致误判，阻止合法的查询。
缺乏语义理解： 无法理解SQL语句的真正意图，只能进行简单的字符串匹配。

因此，我们需要一种更智能、更可靠的查询防火墙方案。

2. 基于AST的查询防火墙的优势

基于抽象语法树（AST）的查询防火墙，能够克服传统方案的局限性，提供更强大的安全保障：

语义理解： AST能够将SQL语句解析成语法树，从而理解SQL语句的结构和语义。
精确匹配： 可以根据AST的结构，精确匹配特定的SQL模式，避免误判。
灵活定制： 可以根据业务需求，自定义规则，灵活控制SQL语句的执行。
抗绕过能力强： 攻击者难以通过简单的编码技巧绕过基于AST的检测。

3. MySQL内部SQL解析器

MySQL自身就具备强大的SQL解析能力。我们可以利用MySQL提供的插件机制，接入内部SQL解析器，获取SQL语句的AST。

3.1 MySQL插件机制

MySQL允许开发者通过编写插件来扩展其功能。我们可以编写一个Server Plugin，在SQL语句被执行之前，拦截并解析SQL语句。

3.2 获取AST

MySQL提供了一些内部函数和数据结构，用于访问SQL解析器和AST。虽然这些接口并未公开，但通过一些技巧，我们仍然可以获取到AST。常用的方法是使用sql_yacc.yy文件中的数据结构和函数，该文件包含了MySQL的SQL语法规则。

3.3 关键数据结构

以下是一些关键的数据结构，用于表示AST：

数据结构	描述
`THD`	线程句柄，包含当前连接的信息，例如用户、数据库等。
`LEX_STRING`	字符串类型，用于存储SQL语句中的标识符、字符串等。
`Item`	AST节点基类，表示SQL语句中的一个表达式、操作符等。
`Item_field`	表示表中的一个字段。
`Item_func`	表示一个函数调用，例如`COUNT(*)`、`SUM(salary)`等。
`TABLE_LIST`	表示SQL语句中涉及的表。
`st_select_lex`	表示SELECT语句的语法树。

3.4 获取AST的步骤

编写Server Plugin： 创建一个Server Plugin，实现mysql_server_pfs_storage_engine接口。
注册Parser Hook： 在插件初始化时，注册一个Parser Hook，用于拦截SQL语句。
解析SQL语句： 在Parser Hook中，调用MySQL的内部函数解析SQL语句，获取AST。
遍历AST： 遍历AST，查找敏感操作，例如DROP TABLE、UPDATE等。
执行安全策略： 根据安全策略，决定是否允许执行该SQL语句。

4. 构建自定义查询防火墙的流程

4.1 总体架构

基于AST的查询防火墙的总体架构如下：

[客户端] --> [MySQL Server] --> [Server Plugin (Query Firewall)] --> [SQL Parser] --> [AST] --> [安全策略引擎] --> [允许/拒绝执行] --> [数据库]

4.2 详细步骤

客户端发送SQL语句： 客户端将SQL语句发送到MySQL Server。
Server Plugin拦截SQL语句： Server Plugin的Parser Hook拦截SQL语句。
SQL Parser解析SQL语句： Server Plugin调用MySQL的内部函数解析SQL语句，生成AST。
安全策略引擎分析AST： 安全策略引擎遍历AST，查找敏感操作，并根据预定义的规则进行分析。
执行安全策略： 安全策略引擎根据分析结果，决定是否允许执行该SQL语句。
MySQL Server执行SQL语句或返回错误： 如果安全策略引擎允许执行该SQL语句，MySQL Server将执行该SQL语句。否则，MySQL Server将返回错误信息。

4.3 代码示例（伪代码）

以下是一个简化的代码示例，演示如何获取AST并进行简单的安全检查：

#include <mysql.h>
#include <sql_class.h>
#include <sql_lex.h>
#include <sql_yacc.h>

// 插件初始化函数
extern "C" int query_firewall_init(void *arg) {
  // 注册Parser Hook
  mysql_add_plugin_hook(MYSQL_SERVER_PARSE_HOOK, query_firewall_parse_hook);
  return 0;
}

// Parser Hook函数
static int query_firewall_parse_hook(THD *thd, char *query, unsigned int length) {
  // 解析SQL语句
  parse_context_t *parse_context = new parse_context_t();
  parse_context->thd = thd;

  // 调用MySQL内部函数解析SQL语句
  int result = mysql_parse(parse_context, query, length, &thd->lex->sql_command);

  if (result != 0) {
    // 解析失败，返回错误
    delete parse_context;
    return 1;
  }

  // 获取AST
  st_select_lex *select_lex = thd->lex->sql_command;

  // 遍历AST，查找敏感操作
  if (contains_drop_table(select_lex)) {
    // 发现DROP TABLE语句，拒绝执行
    thd->net.last_error = "DROP TABLE语句被拒绝执行";
    delete parse_context;
    return 1;
  }

  // 允许执行
  delete parse_context;
  return 0;
}

// 检查AST是否包含DROP TABLE语句
static bool contains_drop_table(st_select_lex *select_lex) {
  // TODO: 遍历AST，查找DROP TABLE语句
  // 这里只是一个占位符，需要根据实际的AST结构进行遍历
  return false;
}

说明：

这段代码只是一个概念性的示例，无法直接运行。
需要根据实际的MySQL版本和内部数据结构进行调整。
mysql_parse、st_select_lex等函数和数据结构是MySQL内部的，并未公开，需要通过一些技巧才能访问。
contains_drop_table函数需要根据实际的AST结构进行实现，遍历AST，查找DROP TABLE语句。

5. 安全策略引擎

安全策略引擎是查询防火墙的核心组件，负责分析AST并执行安全策略。安全策略可以根据业务需求进行自定义，例如：

禁止执行DROP TABLE语句： 防止意外删除数据。
限制UPDATE语句的范围： 防止恶意修改数据。
禁止访问敏感数据： 防止未经授权的数据访问。
限制执行时间： 防止SQL注入攻击。
审计所有SQL语句： 记录所有SQL语句的执行情况。

5.1 安全策略的表示

安全策略可以使用多种方式表示，例如：

配置文件： 将安全策略存储在配置文件中，方便修改和管理。
数据库： 将安全策略存储在数据库中，可以使用SQL语句进行查询和更新。
代码： 将安全策略硬编码在代码中，简单直接，但不够灵活。

5.2 安全策略的执行

安全策略的执行过程如下：

遍历AST： 遍历AST，查找与安全策略相关的节点。
匹配规则： 将AST节点与安全策略规则进行匹配。
执行动作： 根据匹配结果，执行相应的动作，例如允许执行、拒绝执行、记录日志等。

5.3 安全策略示例

以下是一些安全策略的示例：

策略名称	描述	规则	动作
禁止DROP TABLE语句	禁止执行DROP TABLE语句	SQL语句包含DROP TABLE语句	拒绝执行
限制UPDATE范围	限制UPDATE语句的WHERE子句的范围	UPDATE语句的WHERE子句不包含特定的条件	拒绝执行
禁止访问敏感数据	禁止访问包含敏感信息的表或字段	SQL语句访问包含敏感信息的表或字段	拒绝执行
审计所有SQL语句	记录所有SQL语句的执行情况	所有SQL语句	记录日志

6. 性能考虑

基于AST的查询防火墙，需要在SQL语句执行之前进行解析和分析，因此会对性能产生一定的影响。为了降低性能开销，可以采取以下措施：

缓存AST： 将解析后的AST缓存起来，避免重复解析。
优化AST遍历： 优化AST遍历算法，提高遍历效率。
选择合适的安全策略： 避免使用过于复杂的安全策略。
异步执行安全策略： 将安全策略的执行放在异步线程中，避免阻塞主线程。

7. 总结：构建强大的安全防线

今天我们探讨了如何利用MySQL内部的SQL解析器与AST构建自定义查询防火墙。虽然实现过程较为复杂，需要深入了解MySQL的内部机制，但它能够提供比传统方案更强大的安全保障。通过理解SQL语句的语义，精确匹配安全规则，我们可以构建一个灵活、可定制、高性能的查询防火墙，有效保护数据库的安全。

8. 关键点回顾：打造安全数据库

本文主要讲解了利用MySQL内部SQL解析器和AST构建自定义查询防火墙的方法，强调了基于AST的防火墙相对于传统方法的优势，详细介绍了如何通过MySQL插件机制获取AST，以及如何构建安全策略引擎来执行安全策略。最后，讨论了性能优化的方法，旨在帮助大家构建一个更安全、更高效的数据库系统。