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Java 21字符串模板SQL注入风险？STR模板处理器与PreparedStatement强制转换

Java 21 字符串模板与 SQL 注入：STR 模板处理器与 PreparedStatement 的强制转换

各位来宾，大家好。今天我们来探讨一个非常重要的话题：Java 21 引入的字符串模板（String Templates）在处理 SQL 查询时可能存在的安全风险，特别是当试图将 STR 模板处理器与 PreparedStatement 结合使用时。我们将深入研究这种结合可能导致的 SQL 注入漏洞，以及如何正确地使用字符串模板来避免这些风险。

1. 字符串模板简介

Java 21 引入的字符串模板是一种新的字符串字面量形式，它允许在字符串中嵌入表达式，并在运行时进行求值。这极大地简化了字符串的构建过程，提高了代码的可读性。

字符串模板的基本语法如下：

String name = "Alice";
String message = STR."Hello, {name}!"; // message 的值为 "Hello, Alice!"

其中 STR 是一个预定义的模板处理器，它会执行表达式的求值，并将结果插入到字符串中。Java 21 提供了几种内置的模板处理器，包括 STR, RAW, 和 FMT。我们可以通过自定义 TemplateProcessor 接口来创建自己的模板处理器。

2. SQL 注入漏洞回顾

SQL 注入是一种常见的安全漏洞，它允许攻击者通过在应用程序的 SQL 查询中插入恶意代码来篡改数据库操作。攻击者可以利用 SQL 注入来读取、修改甚至删除数据库中的数据。

一个典型的 SQL 注入漏洞示例如下：

String username = request.getParameter("username");
String query = "SELECT * FROM users WHERE username = '" + username + "'";

try (Statement statement = connection.createStatement();
     ResultSet resultSet = statement.executeQuery(query)) {
  // 处理结果集
}

在这个例子中，username 参数直接拼接到了 SQL 查询字符串中。如果攻击者将 username 设置为 ' OR '1'='1，那么生成的 SQL 查询将变为：

SELECT * FROM users WHERE username = '' OR '1'='1'

由于 1=1 始终为真，这个查询将返回 users 表中的所有记录，从而泄露了所有用户的敏感信息。

3. STR 模板处理器与 SQL 注入风险

STR 模板处理器在处理字符串时，会直接将表达式的值转换为字符串，并将其插入到模板中。这在某些情况下可能导致 SQL 注入漏洞。

考虑以下示例：

String username = request.getParameter("username");
String query = STR."SELECT * FROM users WHERE username = '{username}'";

try (Statement statement = connection.createStatement();
     ResultSet resultSet = statement.executeQuery(query)) {
  // 处理结果集
}

虽然使用了 STR 模板处理器，但仍然存在 SQL 注入的风险。如果攻击者将 username 设置为 ' OR '1'='1，那么生成的 SQL 查询将与前面的例子相同，导致 SQL 注入漏洞。

4. PreparedStatement 的作用与局限性

PreparedStatement 是 JDBC API 提供的一种机制，用于预编译 SQL 查询，并使用占位符来代替参数。这可以有效地防止 SQL 注入漏洞。

使用 PreparedStatement 的示例如下：

String username = request.getParameter("username");
String query = "SELECT * FROM users WHERE username = ?";

try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(query)) {
  preparedStatement.setString(1, username);
  try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
    // 处理结果集
  }
}

在这个例子中，我们使用了 PreparedStatement，并将 username 参数绑定到占位符 ? 上。JDBC 驱动程序会自动对 username 参数进行转义，从而防止 SQL 注入漏洞。

5. STR 模板处理器与 PreparedStatement 的强制转换：潜在的问题

现在，我们来探讨一个更复杂的问题：将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement。这种做法看似可以简化代码，但实际上隐藏着巨大的安全风险。

以下代码展示了这种强制转换：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.SQLException;

public class StringTemplateSQLInjection {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        String userInput = "test' OR '1'='1"; // 模拟用户输入
        String query = "SELECT * FROM users WHERE username = '" + userInput + "'";

        //假设connection是数据库连接
        try (Connection connection = getConnection()) {
            // 错误的用法：尝试将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement
            try (PreparedStatement preparedStatement = (PreparedStatement) STR."SELECT * FROM users WHERE username = '{userInput}'") { // 这行代码无法通过编译,需要自定义TemplateProcessor
                // 这段代码无法执行，因为无法将 String 转换为 PreparedStatement
            } catch (ClassCastException e) {
                System.err.println("ClassCastException: " + e.getMessage());
            }
        }
    }

    private static Connection getConnection() throws SQLException {
        // 替换为你的数据库连接信息
        String url = "jdbc:h2:mem:testdb";
        String user = "sa";
        String password = "";
        return java.sql.DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
}

这段代码无法通过编译，因为 STR."SELECT * FROM users WHERE username = '{userInput}'" 的结果是一个 String 对象，而我们试图将其强制转换为 PreparedStatement 对象。Java 编译器会报错，提示类型不匹配。

即使我们能够通过某种方式（例如自定义 TemplateProcessor）绕过编译器的类型检查，这种做法仍然是非常危险的。因为 PreparedStatement 对象必须通过 connection.prepareStatement() 方法创建，才能确保 SQL 查询被预编译，并且参数被正确转义。简单地将一个字符串强制转换为 PreparedStatement 对象，并不能实现这些功能。

为了说明问题，我们创建一个自定义的 TemplateProcessor，它返回一个实现了 PreparedStatement 接口的类。

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.SQLWarning;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Executor;

import jdk.incubator.template.TemplateProcessor;
import jdk.incubator.template.TemplateContext;

public class FakePreparedStatementTemplateProcessor implements TemplateProcessor<FakePreparedStatement, RuntimeException> {

    private final Connection connection;

    public FakePreparedStatementTemplateProcessor(Connection connection) {
        this.connection = connection;
    }

    @Override
    public FakePreparedStatement process(TemplateContext templateContext) {
        List<Object> values = templateContext.values();
        String cooked = templateContext.interpolate(
                (string, value) -> string + (value == null ? "null" : value.toString()));
        return new FakePreparedStatement(connection, cooked);
    }

    public static class FakePreparedStatement implements PreparedStatement {
        private final Connection connection;
        private final String sql;

        public FakePreparedStatement(Connection connection, String sql) {
            this.connection = connection;
            this.sql = sql;
            System.out.println("SQL generated: " + sql); // 输出生成的SQL，方便调试
        }

        // 模拟 executeQuery 方法
        @Override
        public ResultSet executeQuery() throws SQLException {
            try (java.sql.Statement statement = connection.createStatement()) {
                return statement.executeQuery(sql); // 直接执行拼接后的 SQL，存在 SQL 注入风险
            }
        }

        // 以下是 PreparedStatement 接口的其他方法的空实现，仅为了满足接口要求
        @Override
        public ResultSet executeQuery(String sql) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int executeUpdate(String sql) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void close() throws SQLException {
           //Do Nothing
        }

        @Override
        public int getMaxFieldSize() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setMaxFieldSize(int max) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getMaxRows() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setMaxRows(int max) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setEscapeProcessing(boolean enable) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getQueryTimeout() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setQueryTimeout(int seconds) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void cancel() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public SQLWarning getWarnings() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void clearWarnings() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setCursorName(String name) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean execute(String sql) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public ResultSet getResultSet() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getUpdateCount() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean getMoreResults() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setFetchDirection(int direction) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getFetchDirection() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setFetchSize(int rows) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getFetchSize() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getResultSetConcurrency() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getResultSetType() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void addBatch(String sql) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void clearBatch() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int[] executeBatch() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public Connection getConnection() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean getMoreResults(int current) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public ResultSet getGeneratedKeys() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public int getResultSetHoldability() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean isClosed() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setPoolable(boolean poolable) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean isPoolable() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void closeOnCompletion() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public boolean isCloseOnCompletion() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public <T> T unwrap(Class<T> iface) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Unimplemented method 'unwrap'");
        }

        @Override
        public boolean isWrapperFor(Class<?> iface) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Unimplemented method 'isWrapperFor'");
        }

        @Override
        public void setNull(int parameterIndex, int sqlType) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBoolean(int parameterIndex, boolean x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setByte(int parameterIndex, byte x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setShort(int parameterIndex, short x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setInt(int parameterIndex, int x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setLong(int parameterIndex, long x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setFloat(int parameterIndex, float x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setDouble(int parameterIndex, double x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBigDecimal(int parameterIndex, java.math.BigDecimal x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setString(int parameterIndex, String x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBytes(int parameterIndex, byte[] x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setDate(int parameterIndex, java.sql.Date x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setTime(int parameterIndex, java.sql.Time x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setTimestamp(int parameterIndex, java.sql.Timestamp x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setAsciiStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x, int length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setUnicodeStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x, int length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBinaryStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x, int length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void clearParameters() throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setObject(int parameterIndex, Object x, int targetSqlType) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setObject(int parameterIndex, Object x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setCharacterStream(int parameterIndex, java.io.Reader reader, int length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setRef(int parameterIndex, java.sql.Ref x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBlob(int parameterIndex, java.sql.Blob x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setClob(int parameterIndex, java.sql.Clob x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setArray(int parameterIndex, java.sql.Array x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setURL(int parameterIndex, java.net.URL x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setRowId(int parameterIndex, java.sql.RowId x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNString(int parameterIndex, String value) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNCharacterStream(int parameterIndex, java.io.Reader value, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNClob(int parameterIndex, java.sql.NClob value) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setSQLXML(int parameterIndex, java.sql.SQLXML xmlObject) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setAsciiStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBinaryStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setCharacterStream(int parameterIndex, java.io.Reader reader, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setAsciiStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBinaryStream(int parameterIndex, java.io.InputStream x) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setCharacterStream(int parameterIndex, java.io.Reader reader) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNCharacterStream(int parameterIndex, java.io.Reader value) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNClob(int parameterIndex, java.sql.NClob value, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setClob(int parameterIndex, java.sql.Clob value, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBlob(int parameterIndex, java.io.InputStream inputStream, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setClob(int parameterIndex, java.io.Reader reader, long length) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setBlob(int parameterIndex, java.io.InputStream inputStream) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setClob(int parameterIndex, java.io.Reader reader) throws SQLException {
            throw new UnsupportedOperationException("Not supported yet.");
        }

        @Override
        public void setNClob(int parameterIndex, Reader reader) throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub

        }

        @Override
        public void setNClob(int parameterIndex, Reader reader, long length) throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub

        }

        @Override
        public void setLargeMaxRows(long max) throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub

        }

        @Override
        public long getLargeMaxRows() throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub
            return 0;
        }

        @Override
        public long executeLargeUpdate(String sql) throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub
            return 0;
        }

        @Override
        public long executeLargeUpdate() throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub
            return 0;
        }

        @Override
        public long[] executeLargeBatch() throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub
            return null;
        }

        @Override
        public void setNetworkTimeout(Executor executor, int milliseconds) throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub

        }

        @Override
        public int getNetworkTimeout() throws SQLException {
            // TODO Auto-generated method stub
            return 0;
        }
    }
}

现在，我们可以使用这个自定义的 TemplateProcessor 来执行 SQL 查询：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

public class StringTemplateSQLInjection {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        String userInput = "test' OR '1'='1"; // 模拟用户输入

        //假设connection是数据库连接
        try (Connection connection = getConnection()) {
            FakePreparedStatementTemplateProcessor processor = new FakePreparedStatementTemplateProcessor(connection);

            // 使用自定义的 Template Processor
            FakePreparedStatementTemplateProcessor.FakePreparedStatement preparedStatement = processor.process(jdk.incubator.template.StringTemplate.of("SELECT * FROM users WHERE username = '{userInput}'").getContext());

            try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
                while (resultSet.next()) {
                    System.out.println(resultSet.getString("username")); // 打印结果
                }
            }

        }
    }

    private static Connection getConnection() throws SQLException {
        // 替换为你的数据库连接信息
        String url = "jdbc:h2:mem:testdb;INIT=RUNSCRIPT FROM 'classpath:schema.sql'";
        String user = "sa";
        String password = "";
        return java.sql.DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个 FakePreparedStatement 对象，它实现了 PreparedStatement 接口，但是它的 executeQuery 方法直接执行了拼接后的 SQL 查询。这导致了 SQL 注入漏洞。

schema.sql:

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(255) NOT NULL
);

INSERT INTO users (id, username) VALUES (1, 'admin');
INSERT INTO users (id, username) VALUES (2, 'test');

运行这段代码，你会发现它会返回 users 表中的所有记录，即使 username 参数包含了恶意代码。这证明了将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement 对象是不可行的，并且会导致严重的安全风险。

6. 正确使用字符串模板与 PreparedStatement

要安全地使用字符串模板和 PreparedStatement，我们需要遵循以下原则：

  1. 不要将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement 对象。
  2. 始终使用 connection.prepareStatement() 方法创建 PreparedStatement 对象。
  3. 使用占位符 ? 来代替参数，并将参数绑定到占位符上。

以下代码展示了如何正确地使用字符串模板和 PreparedStatement：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

public class StringTemplateSQLInjection {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        String userInput = "test' OR '1'='1"; // 模拟用户输入

        //假设connection是数据库连接
        try (Connection connection = getConnection()) {

            // 正确的用法：使用 connection.prepareStatement() 和占位符
            String query = "SELECT * FROM users WHERE username = ?"; // 使用占位符
            try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(query)) {
                preparedStatement.setString(1, userInput); // 绑定参数
                try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
                    while (resultSet.next()) {
                        System.out.println(resultSet.getString("username")); // 打印结果
                    }
                }
            }

        }
    }

    private static Connection getConnection() throws SQLException {
        // 替换为你的数据库连接信息
        String url = "jdbc:h2:mem:testdb;INIT=RUNSCRIPT FROM 'classpath:schema.sql'";
        String user = "sa";
        String password = "";
        return java.sql.DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
}

在这个例子中，我们首先使用 connection.prepareStatement() 方法创建了一个 PreparedStatement 对象，并将 SQL 查询字符串作为参数传递给它。然后，我们使用 preparedStatement.setString() 方法将 username 参数绑定到占位符 ? 上。这样，JDBC 驱动程序会自动对 username 参数进行转义，从而防止 SQL 注入漏洞。

7. 自定义模板处理器：更安全的方案

虽然 STR 模板处理器在处理 SQL 查询时存在安全风险，但我们可以通过自定义模板处理器来解决这个问题。自定义模板处理器可以对表达式的值进行转义，从而防止 SQL 注入漏洞。

以下代码展示了如何创建一个自定义的模板处理器，用于转义 SQL 查询中的参数：

import jdk.incubator.template.TemplateProcessor;
import jdk.incubator.template.TemplateContext;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;
import java.util.List;

public class SQLEscapeTemplateProcessor implements TemplateProcessor<String, RuntimeException> {

    private final Connection connection;

    public SQLEscapeTemplateProcessor(Connection connection) {
        this.connection = connection;
    }

    @Override
    public String process(TemplateContext templateContext) {
        List<Object> values = templateContext.values();
        return templateContext.interpolate(
                (string, value) -> {
                    try {
                        return string + (value == null ? "null" : escapeSQL(value.toString()));
                    } catch (SQLException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                });
    }

    private String escapeSQL(String value) throws SQLException {
        // 使用数据库的转义函数来转义 SQL 查询中的参数
        // 不同的数据库有不同的转义函数，例如 MySQL 的 `connection.escapeString()`
        // 这里使用一个简单的替换方法作为示例，实际应用中需要使用数据库提供的转义函数
        return value.replace("'", "''");
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个名为 SQLEscapeTemplateProcessor 的自定义模板处理器。它实现了 TemplateProcessor 接口，并重写了 process 方法。在 process 方法中，我们使用 escapeSQL 方法对表达式的值进行转义。escapeSQL 方法使用数据库的转义函数来转义 SQL 查询中的参数，从而防止 SQL 注入漏洞。

要使用这个自定义模板处理器，我们可以使用以下代码：

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import jdk.incubator.template.StringTemplate;

public class StringTemplateSQLInjection {

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        String userInput = "test' OR '1'='1"; // 模拟用户输入

        //假设connection是数据库连接
        try (Connection connection = getConnection()) {
            SQLEscapeTemplateProcessor sqlEscape = new SQLEscapeTemplateProcessor(connection);

            // 使用自定义的 Template Processor
            String query = StringTemplate.process("SELECT * FROM users WHERE username = '{userInput}'", sqlEscape);

            try (PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(query)) {
                try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
                    while (resultSet.next()) {
                        System.out.println(resultSet.getString("username")); // 打印结果
                    }
                }
            }

        }
    }

    private static Connection getConnection() throws SQLException {
        // 替换为你的数据库连接信息
        String url = "jdbc:h2:mem:testdb;INIT=RUNSCRIPT FROM 'classpath:schema.sql'";
        String user = "sa";
        String password = "";
        return java.sql.DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
}

在这个例子中，我们首先创建了一个 SQLEscapeTemplateProcessor 对象，并将数据库连接传递给它。然后，我们使用 StringTemplate.process() 方法将 SQL 查询字符串和自定义模板处理器传递给它。StringTemplate.process() 方法会使用自定义模板处理器对 SQL 查询字符串进行处理，并将结果返回。最后，我们使用 connection.prepareStatement() 方法创建一个 PreparedStatement 对象，并将处理后的 SQL 查询字符串传递给它。

需要注意的是，escapeSQL 方法需要使用数据库提供的转义函数。不同的数据库有不同的转义函数，例如 MySQL 的 connection.escapeString()。你需要根据你使用的数据库来选择正确的转义函数。

表格总结：STR 模板处理器与 PreparedStatement 的安全使用

问题 错误做法 正确做法
SQL 注入风险 直接将 STR 模板处理器的结果拼接成 SQL 查询字符串。 使用 connection.prepareStatement() 方法创建 PreparedStatement 对象，并使用占位符 ? 来代替参数，然后使用 preparedStatement.setString() 等方法将参数绑定到占位符上。
将 STR 结果强制转换为 PreparedStatement 试图将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement 对象。 不要将 STR 模板处理器的结果强制转换为 PreparedStatement 对象。PreparedStatement 对象必须通过 connection.prepareStatement() 方法创建。
安全地使用字符串模板 使用 STR 模板处理器直接将用户输入拼接成 SQL 查询字符串。 创建自定义模板处理器，对用户输入进行 SQL 转义，然后使用 StringTemplate.process() 方法将 SQL 查询字符串和自定义模板处理器传递给它。

8. 其他安全建议

除了正确地使用字符串模板和 PreparedStatement 之外，还有一些其他的安全建议可以帮助你防止 SQL 注入漏洞：

  • 使用最小权限原则： 数据库用户只应该拥有执行其所需操作的最小权限。
  • 验证所有用户输入： 对所有用户输入进行验证，确保其符合预期的格式和范围。
  • 使用 Web 应用防火墙 (WAF)： WAF 可以帮助你检测和阻止 SQL 注入攻击。
  • 定期进行安全审计： 定期对你的应用程序进行安全审计，以发现和修复潜在的安全漏洞。

字符串模板不是万能药，需谨慎使用

Java 21 的字符串模板提供了一种便捷的方式来构建字符串，但在处理 SQL 查询时，必须谨慎使用。直接使用 STR 模板处理器可能会导致 SQL 注入漏洞。为了确保安全，应该始终使用 PreparedStatement，并使用占位符来代替参数。自定义模板处理器可以提供更安全的解决方案，但需要正确地转义 SQL 查询中的参数。

牢记安全原则，构建可靠应用

安全是一个持续的过程，需要开发人员不断学习和实践。通过遵循本文中提出的安全建议，你可以有效地防止 SQL 注入漏洞，并构建更安全、更可靠的应用程序。

感谢大家的聆听。

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