Commons-Jexl安全指南：防御表达式注入攻击

# 1. 表达式注入攻击概述

在本章，我们将介绍表达式注入攻击的基本概念，并探索其对现代IT系统的潜在威胁。表达式注入攻击是一种代码注入技术，攻击者通过利用应用程序的输入点，插入恶意构造的代码片段，以此改变原本的执行逻辑，从而实现对系统资源的非授权访问或者获取敏感信息。

我们将详细解释表达式注入攻击是如何工作的，包括攻击者如何利用应用程序中的安全漏洞来执行这种攻击，以及这种攻击对数据完整性和系统可用性可能造成的重大影响。

对于IT行业的专业人士来说，本章内容将为后续章节的深入探讨和实际应用提供一个坚实的理论基础。理解表达式注入攻击的基本原理和潜在风险对于构建更加安全的应用程序至关重要。

- **攻击原理**：了解攻击者如何通过注入恶意表达式操控代码执行路径。
- **影响评估**：评估表达式注入攻击可能对应用程序造成的各种危害。

表达式注入攻击概述旨在为读者提供一个全面的理解框架，为深入分析和防御此类攻击打下基础。

# 2. Jexl表达式基础与安全分析

### 2.1 Jexl表达式的构成和执行机制

#### 2.1.1 Jexl表达式的基本语法

Jexl（Java Expression Language）是一个表达式语言库，旨在为Java环境提供一个强大的表达式解析和执行机制。它的基本语法是借鉴了JavaScript和OGNL（Object-Graph Navigation Language）的表达式语法，使得开发者可以非常方便地在Java代码中使用复杂的表达式进行数据操作和逻辑判断。Jexl表达式一般由变量、常量、操作符以及函数等组成，可以实现动态的属性访问、方法调用、算术运算和逻辑判断。

为了更具体地理解Jexl表达式的基本语法，下面给出一些示例：

// 访问对象属性
JexlBuilder jexl = new JexlBuilder().create();
JexlExpression expr = jexl.createExpression("user.name");

// 执行方法调用
expr = jexl.createExpression("user.getName()");

// 进行算术运算
expr = jexl.createExpression("2 + 2");

// 实现逻辑判断
expr = jexl.createExpression("(score > 60) && (score < 80)");

在上面的例子中，`user.name`表示访问名为`user`的对象的`name`属性，`user.getName()`表示调用`user`对象的`getName`方法。算术运算和逻辑判断的表达式和常规编程语言中的用法类似。

#### 2.1.2 Jexl表达式的执行流程

Jexl表达式的核心执行流程分为以下几个步骤：

1. **创建Jexl实例**：首先需要创建一个Jexl实例，然后可以基于这个实例创建表达式对象。
2. **构建表达式**：通过Jexl实例构建具体的表达式对象，这一步可以是字符串形式的表达式或者是预先定义好的表达式。
3. **解析表达式**：表达式对象在执行前会被解析，解析过程中Jexl会根据表达式的语法构建表达式树。
4. **执行表达式**：在表达式树构建完成后，可以执行该表达式并获取结果。

下面是这些步骤的示例代码：

// 创建Jexl实例
Jexl jexl = new JexlBuilder().create();

// 构建并执行表达式
String expressionString = "user.name + ' is ' + user.age";
JexlExpression expr = jexl.createExpression(expressionString);

// 假设有一个User对象绑定到表达式上下文中
Map<String, Object> context = new HashMap<>();
context.put("user", new User("Alice", 25));

// 执行表达式
Object result = expr.evaluate(context);

// 输出结果
System.out.println(result); // 输出 "Alice is 25"

在这个执行流程中，上下文（Context）扮演了非常重要的角色，它定义了表达式中变量的作用域和值。上下文对象通常是一个键值对映射（如`Map`），其中键为变量名，值为变量的值。

### 2.2 Jexl表达式的安全风险

#### 2.2.1 表达式注入的攻击原理

表达式注入是一种攻击技术，攻击者通过构造特殊的输入，利用应用程序中的表达式引擎执行未授权的代码或者命令。在Jexl的场景下，攻击者可能利用表达式注入获取敏感数据、篡改程序逻辑，甚至完全控制受影响的系统。

攻击原理主要在于表达式引擎在处理输入数据时的不充分验证，当输入数据被作为表达式的一部分执行时，如果未经严格的检查和清理，恶意构造的输入就可能作为代码片段执行。

假设有一个简单的使用场景：

// 假设我们有一个用户输入的姓名
String inputName = request.getParameter("name");

// 用这个输入构建一个Jexl表达式，并执行它
String expressionString = "user.name + ' is ' + user.age";
JexlExpression expr = jexl.createExpression(expressionString);
Map<String, Object> context = new HashMap<>();
context.put("user", new User(inputName, 25));
Object result = expr.evaluate(context);

如果攻击者输入的内容是`"test' || 1==1 -- "`，那么最终的表达式将变为：

user.name + ' is ' + user.age + "' || 1==1 -- "

在这个场景下，如果后端没有对输入值进行适当的转义处理，最终的表达式会解释为一个总是为真的条件，导致潜在的安全风险。

#### 2.2.2 常见的Jexl安全漏洞案例

常见的Jexl漏洞案例包括但不限于：

- **逻辑运算符注入**：通过逻辑运算符如`||`（或）和`&&`（与）来绕过认证和授权机制。
- **数学运算符注入**：利用数学运算符`+`、`-`等来改变原有的业务逻辑。
- **脚本代码注入**：通过构造恶意的字符串实现JavaScript代码执行，这通常发生在Jexl的字符串拼接上。