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Spring 的优秀工具类盘点（三）：特殊字符转义

Posted on 2007-09-28 22:04 Stanley Sun 阅读(798) 评论(0)  编辑  收藏

由于 Web 应用程序需要联合使用到多种语言，每种语言都包含一些特殊的字符，对于动态语言或标签式的语言而言，如果需要动态构造语言的内容时，一个我们经常会碰到的问题就是特殊字符转义的问题。下面是 Web 开发者最常面对需要转义的特殊字符类型：

  • HTML 特殊字符；
  • JavaScript 特殊字符；
  • SQL 特殊字符；

如果不对这些特殊字符进行转义处理，则不但可能破坏文档结构，还可以引发潜在的安全问题。Spring 为 HTML 和 JavaScript 特殊字符提供了转义操作工具类，它们分别是 HtmlUtils 和 JavaScriptUtils。

HTML 特殊字符转义

HTML 中 <，>，& 等字符有特殊含义，它们是 HTML 语言的保留字，因此不能直接使用。使用这些个字符时，应使用它们的转义序列：

  • &：&amp;
  • " ：&quot;
  • < ：&lt;
  • > ：&gt;

由于 HTML 网页本身就是一个文本型结构化文档，如果直接将这些包含了 HTML 特殊字符的内容输出到网页中，极有可能破坏整个 HTML 文档的结构。所以，一般情况下需要对动态数据进行转义处理，使用转义序列表示 HTML 特殊字符。下面的 JSP 网页将一些变量动态输出到 HTML 网页中：


清单 1. 未进行 HTML 特殊字符转义处理网页

                
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=utf-8"%>
<%!
   String userName = "</td><tr></table>";
   String address = " \" type=\"button";
 %>
<table border="1">
   <tr>
     <td>姓名：</td><td><%=userName%></td> ①
   </tr>
   <tr>
     <td>年龄：</td><td>28</td>
   </tr>
</table>
 <input value="<%=address%>"  type="text" /> ②

在 ① 和 ② 处，我们未经任何转义处理就直接将变量输出到 HTML 网页中，由于这些变量可能包含一些特殊的 HTML 的字符，它们将可能破坏整个 HTML 文档的结构。我们可以从以上 JSP 页面的一个具体输出中了解这一问题：

<table border="1">
   <tr>
     <td>姓名：</td><td></td><tr></table></td> 
     ① 破坏了 <table> 的结构
   </tr>
   <tr>
     <td>年龄：</td><td>28</td>
   </tr>
</table>
 <input value=" " type="button"  type="text" /> 
 ② 将本来是输入框组件偷梁换柱为按钮组件

融合动态数据后的 HTML 网页已经面目全非，首先 ① 处的 <table> 结构被包含 HTML 特殊字符的 userName 变量截断了，造成其后的 <table> 代码变成无效的内容；其次，② 处 <input> 被动态数据改换为按钮类型的组件（type="button"）。为了避免这一问题，我们需要事先对可能破坏 HTML 文档结构的动态数据进行转义处理。Spring 为我们提供了一个简单适用的 HTML 特殊字符转义工具类，它就是 HtmlUtils。下面，我们通过一个简单的例子了解 HtmlUtils 的具体用法：


清单 2. HtmpEscapeExample

                
package com.baobaotao.escape;
import org.springframework.web.util.HtmlUtils;
public class HtmpEscapeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String specialStr = "<div id=\"testDiv\">test1;test2</div>";
        String str1 = HtmlUtils.htmlEscape(specialStr); ①转换为HTML转义字符表示
        System.out.println(str1);
       
        String str2 = HtmlUtils.htmlEscapeDecimal(specialStr); ②转换为数据转义表示
        System.out.println(str2);
       
        String str3 = HtmlUtils.htmlEscapeHex(specialStr); ③转换为十六进制数据转义表示
        System.out.println(str3);
       
        ④下面对转义后字符串进行反向操作
        System.out.println(HtmlUtils.htmlUnescape(str1));
        System.out.println(HtmlUtils.htmlUnescape(str2));
        System.out.println(HtmlUtils.htmlUnescape(str3));
    }
}

HTML 不但可以使用通用的转义序列表示 HTML 特殊字符，还可以使用以 # 为前缀的数字序列表示 HTML 特殊字符，它们在最终的显示效果上是一样的。HtmlUtils 提供了三个转义方法：

方法 说明
static String htmlEscape(String input) 将 HTML 特殊字符转义为 HTML 通用转义序列；
static String htmlEscapeDecimal(String input) 将 HTML 特殊字符转义为带 # 的十进制数据转义序列；
static String htmlEscapeHex(String input) 将 HTML 特殊字符转义为带 # 的十六进制数据转义序列；

此外，HtmlUtils 还提供了一个能够将经过转义内容还原的方法：htmlUnescape(String input)，它可以还原以上三种转义序列的内容。运行以上代码，您将可以看到以下的输出：

str1:&lt;div id=&quot;testDiv&quot;&gt;test1;test2&lt;/div&gt;
str2:&#60;div id=&#34;testDiv&#34;&#62;test1;test2&#60;/div&#62;
str3:&#x3c;div id=&#x22;testDiv&#x22;&#x3e;test1;test2&#x3c;/div&#x3e;
<div id="testDiv">test1;test2</div>
<div id="testDiv">test1;test2</div>
<div id="testDiv">test1;test2</div>

您只要使用 HtmlUtils 对代码 清单 1 的 userName 和 address 进行转义处理，最终输出的 HTML 页面就不会遭受破坏了。

JavaScript 特殊字符转义

JavaScript 中也有一些需要特殊处理的字符，如果直接将它们嵌入 JavaScript 代码中，JavaScript 程序结构将会遭受破坏，甚至被嵌入一些恶意的程序。下面列出了需要转义的特殊 JavaScript 字符：

  • ' ：\'
  • " ：\"
  • \ ：\\
  • 走纸换页： \f
  • 换行：\n
  • 换栏符：\t
  • 回车：\r
  • 回退符：\b

我们通过一个具体例子演示动态变量是如何对 JavaScript 程序进行破坏的。假设我们有一个 JavaScript 数组变量，其元素值通过一个 Java List 对象提供，下面是完成这一操作的 JSP 代码片断：


清单 3. jsTest.jsp：未对 JavaScript 特殊字符进行处理

                
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=utf-8"%>
<jsp:directive.page import="java.util.*"/>
<%
  List textList = new ArrayList();
  textList.add("\";alert();j=\"");
%>
<script>
  var txtList = new Array();
   <% for ( int i = 0 ; i < textList.size() ; i++) { %>
     txtList[<%=i%>] = "<%=textList.get(i)%>"; 
         ① 未对可能包含特殊 JavaScript 字符的变量进行处理
   <% } %>
</script>

当客户端调用这个 JSP 页面后，将得到以下的 HTML 输出页面：

<script>
  var txtList = new Array();
   txtList[0] = "";alert();j=""; ① 本来是希望接受一个字符串，结果被植入了一段JavaScript代码
</script>

由于包含 JavaScript 特殊字符的 Java 变量直接合并到 JavaScript 代码中，我们本来期望 ① 处所示部分是一个普通的字符串，但结果变成了一段 JavaScript 代码，网页将弹出一个 alert 窗口。想像一下如果粗体部分的字符串是"";while(true)alert();j=""时会产生什么后果呢？

因此，如果网页中的 JavaScript 代码需要通过拼接 Java 变量动态产生时，一般需要对变量的内容进行转义处理，可以通过 Spring 的 JavaScriptUtils 完成这件工作。下面，我们使用 JavaScriptUtils 对以上代码进行改造：

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=utf-8"%>
<jsp:directive.page import="java.util.*"/>
<jsp:directive.page import="org.springframework.web.util.JavaScriptUtils"/>
<%
  List textList = new ArrayList();
  textList.add("\";alert();j=\"");
%>
<script>
   var txtList = new Array();
   <% for ( int i = 0 ; i < textList.size() ; i++) { %>
   ① 在输出动态内容前事先进行转义处理
   txtList[<%=i%>] = "<%=JavaScriptUtils.javaScriptEscape(""+textList.get(i))%>";
   <% } %>
</script>

通过转义处理后，这个 JSP 页面输出的结果网页的 JavaScript 代码就不会产生问题了：

<script>
   var txtList = new Array();
   txtList[0] = "\";alert();j=\"";
   ① 粗体部分仅是一个普通的字符串，而非一段 JavaScript 的语句了
</script>

SQL特殊字符转义

应该说，您即使没有处理 HTML 或 JavaScript 的特殊字符，也不会带来灾难性的后果，但是如果不在动态构造 SQL 语句时对变量中特殊字符进行处理，将可能导致程序漏洞、数据盗取、数据破坏等严重的安全问题。网络中有大量讲解 SQL 注入的文章，感兴趣的读者可以搜索相关的资料深入研究。

虽然 SQL 注入的后果很严重，但是只要对动态构造的 SQL 语句的变量进行特殊字符转义处理，就可以避免这一问题的发生了。来看一个存在安全漏洞的经典例子：

SELECT COUNT(userId) 
FROM t_user 
WHERE userName='"+userName+"' AND password ='"+password+"';

以上 SQL 语句根据返回的结果数判断用户提供的登录信息是否正确，如果 userName 变量不经过特殊字符转义处理就直接合并到 SQL 语句中，黑客就可以通过将 userName 设置为 "1' or '1'='1"绕过用户名/密码的检查直接进入系统了。

所以除非必要，一般建议通过 PreparedStatement 参数绑定的方式构造动态 SQL 语句，因为这种方式可以避免 SQL 注入的潜在安全问题。但是往往很难在应用中完全避免通过拼接字符串构造动态 SQL 语句的方式。为了防止他人使用特殊 SQL 字符破坏 SQL 的语句结构或植入恶意操作，必须在变量拼接到 SQL 语句之前对其中的特殊字符进行转义处理。Spring 并没有提供相应的工具类，您可以通过 jakarta commons lang 通用类包中（spring/lib/jakarta-commons/commons-lang.jar）的 StringEscapeUtils 完成这一工作：


清单 4. SqlEscapeExample

                
package com.baobaotao.escape;
import org.apache.commons.lang.StringEscapeUtils;
public class SqlEscapeExample {
    public static void main(String[] args) {
        String userName = "1' or '1'='1";
        String password = "123456";
        userName = StringEscapeUtils.escapeSql(userName);
        password = StringEscapeUtils.escapeSql(password);
        String sql = "SELECT COUNT(userId) FROM t_user WHERE userName='"
            + userName + "' AND password ='" + password + "'";
        System.out.println(sql);
    }
}

事实上，StringEscapeUtils 不但提供了 SQL 特殊字符转义处理的功能，还提供了 HTML、XML、JavaScript、Java 特殊字符的转义和还原的方法。如果您不介意引入 jakarta commons lang 类包，我们更推荐您使用 StringEscapeUtils 工具类完成特殊字符转义处理的工作。


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