Java - Java开发中的安全编码问题

近年来，网络安全越来越受到开发者的重视。关注安全编码能很大程度上避免安全漏洞的产生，也能有效保护用户的利益不被轻易侵犯。本文从6个方面简述了Java安全编码的问题，欢迎交流指正。

目录

• 1 - 输入校验
  • 1.1 SQL 注入防范
  • 1.2 XSS防范
  • 1.3 代码注入/命令执行防范
  • 1.4 日志伪造防范
  • 1.5 XML 外部实体攻击
  • 1.6 XML 注入防范
  • 1.7 URL 重定向防范
• 2 - 异常处理
  • 2.1 敏感信息泄露防范
  • 2.2 保持对象一致性
• 3 - I/O 操作
  • 3.1 资源释放
  • 3.2 清除临时文件
  • 3.3 避免将 bufer 暴露给不可信代码
  • 3.4 任意文件下载/路径遍历防范
  • 3.5 非法文件上传防范
• 4 - 序列化/反序列化操作
  • 4.1 敏感数据禁止序列化
  • 4.2 正确使用安全管理器
• 5 - 运行环境
  • 5.1 不要禁用字节码验证
  • 5.2 不要远程调试/监控生产环境的应用
  • 5.3 生产应用只能有一个入口
• 6 - 业务逻辑
  • 6.1 用户体系
  • 6.2 在线支付
  • 6.3 顺序执行
  • 参考资料
  • 版权声明

1 - 输入校验

编码原则：针对各种语言本身的保留字符，做到数据与代码相分离。

1.1 SQL 注入防范

严重性高，可能性低。

(1) 参数校验，拦截非法参数（推荐白名单）：

public String sanitizeUser(String username) {
    return Pattern.matches("[A-Za-z0-9_]+", username)
        ? username : "unauthorized user";
}

(2) 使用预编译：

String sql = "UPDATE EMPLOYEES SET SALARY = ? WHERE ID = ?";
PreparedStatement statement = conn.prepareStatement(sql);
statement.setBigDecimal(1, 285500.00);
statement.setInt(2, 30015800);

1.2 XSS防范

严重性中，可能性高。防范方法有：

(1) 输入输出校验（推荐白名单）；

(2) org.apache.commons.lang 工具包处理；

(3) 富文本可用 owasp antisamp 或 java html sanitizer 处理；

(4) ESAPI 处理：

// HTML 实体
ESAPI.encoder().encodeForHTML(data);

// HTML 属性
ESAPI.encoder().encodeForHTMLAttribute(data);

// JavaScript
ESAPI.encoder().encodeForJavaSceipt(data);

// CSS 
ESAPI.encoder().encodeForCSS(data);

// URL
ESAPI.encoder().encodeForURL(data);

1.3 代码注入/命令执行防范

严重性高，可能性低。

(1) 参数校验，拦截非法参数（推荐白名单）；

(2) 不直接执行用户传入参数：

if("open".equals(request.getParameter("choice"))) {
    Runtime.getRuntime().exec("your command...");
}

(3) 及时更新升级第三方组件：

比如Struts、Spring、ImageMagick等。

1.4 日志伪造防范

严重性低，可能性高。

(1) 不要log用户可控的信息；

(2) 输入参数校验（推荐白名单）：

// 处理回车、换行符
Pattern p = Pattern.compile("%0a|%0d0a|\n|\r\n");
Matcher m = p.matcher(data);
dest = m.replaceAll("");

(3) 使用 Log4j2。

1.5 XML 外部实体攻击

严重性中，可能性中。

(1) 关闭内联 DTD 解析，使用白名单来控制允许使用的协议；

(2) 禁用外部实体：

DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
factory.setExpandEntityReferences(false);

(3) 过滤用户提交的 XML 数据：

比如 !DOCTYPE、<!ENTITY、SYSTEM、PUBLIC 等。

1.6 XML 注入防范

严重性中，可能性低。

(1) 教研用户输入（推荐白名单）：

OutputFormat format = OutputFormat.createPrettyPrint();

(2) 使用安全的 XML 库（比如 dom4j）。

1.7 URL 重定向防范

严重性中，可能性低。

(1) 设置严格白名单几网络边界：

String url = request.getParameter("url");
String host = getHostFromUrl(url);
if(!validateHost(host)) {
    return;
}

(2) 加入有效性验证的 Token；

(3) referer 适用于检测监控 URL 重定向、CSRF 等，多数场景下也可用作防范措施。

2 - 异常处理

编码原则：不要泄露详细异常信息。

2.1 敏感信息泄露防范

严重性低，可能性中。

屏蔽敏感信息示例：

catch(IOException e) {
    System.out.println("Invalid file");
    // System.out.println("Error code: 0001");
    return;
}

2.2 保持对象一致性

严重性中，可能性低。

(1) 重排逻辑，使得产生异常的代码在改变对象状态的代码之前执行；

catch(Exception e) {
    // revert
    money -= PADDING; 
    return -1;
}

(2) 在出现异常导致操作失败的情况下，使用事务回滚机制；

(3) 在对象的临时拷贝上执行操作，成功后再提交给正式的对象；

(4) 回避修改对象的需求，尽量不去修改对象。

3 - I/O 操作

编码规则：可写的文件不可执行，可执行的文件不可写。

3.1 资源释放

严重性低，可能性高。

Java 垃圾回收器回自动释放内存资源，非内存资源需要开发人员手动释放，比如 DataBase，Files，Sockets，Streams，Synchronization 等资源的释放。

try {
    Connection conn = getConnection();
    Statement statement = conn.createStatement();
    ResultSet resultSet = statement.executeQuery(sqlQuery);
    processResults(resultSet);
} catch(SQLException e) {
    // forward to handler
} finally {
    if (null != conn) {
        conn.close();
    }
}

3.2 清除临时文件

严重性中，可能性中。

(1) 自动清除：

File tempFile = Files.createTempFile("tempname", ".tmp");
try {
    BufferedWriter writer = Files.newBufferedWriter(tempFile.toPath(),
            StandardCharsets.UTF_8, StandardOpenOption.DELETE_ON_CLOSE)
    // operate the file
    writer.newLine();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

(2) 手动清除。

3.3 避免将 bufer 暴露给不可信代码

严重性中，可能性中。

wrap、duplicate 创建的 buffer 应该以只读或拷贝的方式返回：

Charbuffer buffer；
public Duplicator() {
    buffer = CharBuffer.allocate(10);
}

/** 获取只读的 Buffer */
public CharBuffer getBufferCopy() {
    return buffer.asReadOnlyBuffer();
}

3.4 任意文件下载/路径遍历防范

严重性中，可能性高。

(1) 校验用户可控的参数（推荐白名单）；

(2) 文件路径保存到数据库，让用户提交文件对应的 ID 去下载文件：

<%
String filePath = getFilePath(request.getParameter("id"));
download(filePath);
%>

(3) 判断目录和文件名：

if(!"/somedir/".equals(filePath) || !"jpg".equals(fileType)) {
    ...
    return -1;
}

(4) 下载文件前做权限判断。

补充：禁止将敏感文件（如日志文件、配置文件、数据库文件等）存放在 web 内容目录下。

3.5 非法文件上传防范

严重性高，可能性中。

在服务器端用白名单方式过滤文件类型，使用随机数改写文件名和文件路径。

if(!ESAPI.validator().isValidFileName(
        "upload", filename, allowedExtensions, false)) {
    throw new ValidationUploadException("upload error");
}

补充：如果使用第三方编辑器，请及时更新版本。

4 - 序列化/反序列化操作

编码原则：不信任原则。

4.1 敏感数据禁止序列化

严重性高，可能性低。

使用 transient、serialPersistentFields 标注敏感数据：

private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields = {
    new ObjectStreamField("name", String.class),
    new ObjectStreamField("age", Integer.TYPE)
}

当然，正确加密的敏感数据可以序列化。

4.2 正确使用安全管理器

严重性高，可能性低。

如果一个类的构造方法中含有各种安全管理器的检查，在反序列化时也要进行检查：

private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
    performSecurityManagerChek();
    out.writeObject(xxx);
}

补充：第三方组件造成的反序列化漏洞可通过更新升级组件解决；

禁止 JVM 执行外部命令，可减小序列化漏洞造成的危害。

5 - 运行环境

编码原则：攻击面最小化原则。

5.1 不要禁用字节码验证

严重性中，可能性低。

启用 Java 字节码验证：Java -Xverify:all ApplicationName

5.2 不要远程调试/监控生产环境的应用

严重性高，可能性低。

(1) 生产环境中安装默认的安全管理器，并且不要使用 -agentlib，-Xrunjdwp 和 -Xdebug 命令行参数：

${JAVA_HOME}/bin/java -Djava.security.manager ApplicationName

(2) iptables 中关闭相应 jdwp 对外访问的端口。

5.3 生产应用只能有一个入口

严重性中，可能性中。

移除项目中多余的 main 方法。

6 - 业务逻辑

编码原则：安全设计 API。

6.1 用户体系

过程如下：

(1) identification <-- 宣称用户身份（鉴定提供唯一性）
|
|--> (2) authentication <-- 验证用户身份（验证提供有效性）
|
|--> (3) authorization <-- 授权访问相关资源（授权提供访问控制）
|
|--> RESOURCE
|
|--> (4) accountability <-- 日志追溯

(1) 身份验证：

严重性高，可能性中。

多因素认证；
暴力破解防范：验证码、短信验证码、密码复杂度校验、锁定账号、锁定终端等；
敏感数据保护：存储、传输、展示（API 接口、HTML 页面掩码）；
禁止本地验证：重要操作均在服务器端进行验证。

(2) 访问控制：

严重性高，可能性中。

从 Session 中获取身份信息；
禁用默认账号、匿名账号，限制超级账号的使用；
重要操作做到职责分离；
用户、角色、资源、权限做好相互校验；
权限验证要在服务器端进行；
数据传输阶段做好加密防篡改。

补充：oauth 授权时授权方和应用方都要做好安全控制。

(3) 会话管理：

严重性高，可能性中。

漏洞名称	防御方法
会话 ID 中嵌入 URL	会话 ID 保存在 Cookie 中
无 Session 验证	所有的访问操作都应基于 Session
Session 未清除	注销、超时、关闭浏览器时，都要清除 Session
Session 固定攻击	认证通过后更改 Session ID
Session ID 可猜测	使用开发工具中提供的会话管理机制
重放攻击	设置一次失效的随机数，或设置合理的时间窗

补充：设置认证 Cookie 时，需加入 secure 和 httponly 属性。

(3) 日志追溯：

严重性中，可能性中。

• 记录每一个访问敏感数据的请求，或执行敏感操作的事件；
• 防范日志伪造攻击（输入校验）；
• 任何对日志文件的访问（读、写、下载、删除）尝试都必须被记录。

6.2 在线支付

严重性高，可能性中。

支付数据做签名，并确保签名算法的可靠；

重要参数进行校验，并做有效性验证；

验证订单的唯一性，防止重放攻击。

6.3 顺序执行

严重性高，可能性中。

对每一步的请求都要严格验证，并且要以上一步的执行结果为依据；

给请求参数加入随机 key，贯穿验证的始终。

参考资料

安全编码指南Secure Coding Guidelines for Java SE
安全编码示例SEI CERT Oracle Coding Standard for Java

版权声明

作者: 瘦风(https://healchow.com)

出处: 博客园 瘦风的博客(https://www.cnblogs.com/shoufeng)

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