一文详解应用安全防护ESAPI

本文分享自华为云社区《应用安全防护ESAPI》，作者： Uncle_Tom。

1. ESAPI 简介

OWASP Enterprise Security API (ESAPI）是一个免费、开源的web应用程序安全控制库，使程序员更容易编写风险较低的应用程序。ESAPI库旨在使程序员更容易对现有应用程序进行安全性改造。ESAPI库也是新开发的坚实基础。

考虑到特定语言的差异，所有OWASP ESAPI版本都有相同的基本设计：

• 有一组安全控制接口。例如，定义了传递给安全控件类型的参数类型。
• 每个安全控制都有一个参考实现。例如：基于字符串的输入验证。例如，Java 的 org.owasp.ESAPI.reference.FileBasedAuthenticator 的 ESAPI，而其他参考实现则是成熟的企业级参考实现，例如，org.oasp.ESAPI.reference.DefaultEncoder 或 org.owasp.ESAPI.reference.DefaultValidator。
• 每个安全控件都有自己的实现（可选）。这些类中可能包含应用程序逻辑，这些逻辑可能由您的组织开发或为您的组织而开发。例如：企业身份验证。
• 为使本项目尽可能易于传播并使更多人能够自由自用，本项目的源代码使用了 BSD 许可证。本项目的文档使用了知识共享署名许可证。你可以随意使用、修改ESAPI，甚至将它包含在商业产品中。

2. ESAPI 框架

OWASP ESAPI 已经实现下面安全控件

• 身份认证
• 访问控制
• 输入验证
• 输出编码/转义
• 密码
• 错误处理和日志
• 通信安全
• HTTP 安全
• 安全配置

ESAPI 框架

ESAPI 覆盖的OWASP Top 10

3. ESAPI 的使用

3.1. ESAPI 在 pom.xml 中的配置

目前最新的版本是: 2.5.3.1, 可以直接在Maven 库中找到。

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.owasp.esapi/esapi -->
<dependency>
  <groupId>org.owasp.esapi</groupId>
  <artifactId>esapi</artifactId>
  <version>2.5.3.1</version>
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.slf4j</groupId>
      <artifactId>slf4j-api</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/javax.servlet/javax.servlet-api -->
<dependency>
  <groupId>javax.servlet</groupId>
  <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
  <version>3.1.0</version>
  <scope>provided</scope>
</dependency>

3.2. 注入类问题的防护

网络安全问题很大一部分是由于注入类问题造成的。这类问题主要是由于对外部输入使用的过程中转码不当造成的，例如：SQL 注入、命令注入、跨站脚本等等。

Encode（编码器接口）包含了许多解码输入和编码输出的方法，这样处理过的字符对于各种解释器都是安全的。

3.2.1. 防护：XSS 跨站脚本攻击

HTML编码器（encodeForHTML）

@Test
void testEncodeForHTML() {
    String input = "<a href='sdfs'></a> < script > alert('xss'); </ script >";
    String encodedString = ESAPI.encoder().encodeForHTML(input);

    LOG.info("EncodeForHTML: {}", encodedString);
}

输出：

EncodeForHTML: <a href='xss'></a> < script > alert('xss'); </ script >

URL编码器（encodeForURL）

@Test
void testEncodeForURL() {
    String input = "/?callback=<script>alert('xss')</script>";
    String encodedString;
    try {
        encodedString = ESAPI.encoder().encodeForURL(input);
        LOG.info("EncodeForURL: {}", encodedString);
    } catch (EncodingException e) {
        fail("Should not get exception:" + e.getMessage());
    }
}

输出：

EncodeForURL: %2F%3Fcallback%3D%3Cscript%3Ealert%28%27xss%27%29%3C%2Fscript%3E

3.2.2. 防护：SQL 注入

@Test
void testEncodeForSQL() {
    String userId = "tom' or '1=1'";
    String sql = "select * from user where user='"
            + ESAPI.encoder().encodeForSQL(new MySQLCodec(MySQLCodec.Mode.STANDARD), userId) + "'";

    LOG.info("sql = {}", sql);
}

输出：

sql = select * from user where user='tom\' or \'1\=1\''

3.2.3. 防护：命令注入

@Test
void testEncodeForOS() {
    String input = "dir & dir /s";
    String cmd = ESAPI.encoder().encodeForOS(new WindowsCodec(), input);

    LOG.info("cmd = {}", cmd);
}

输出：

cmd = dir^ ^&^ dir^ ^/s

3.3. 输入校验问题的防护

网络安全最大的威胁是外部输入，所以对外部输入的校验对应用安全起着最大的防护作用。

3.3.1. ESAPI的输入校验

ESAPI有一个输入校验配置: validation.properties 给出了常用的校验。

validation.properties

Validator.SafeString=^[.\\p{Alnum}\\p{Space}]{0,1024}$
Validator.Email=^[A-Za-z0-9._%'-]+@[A-Za-z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,4}$
Validator.IPAddress=^(?:(?:25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)\\.){3}(?:25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)$
Validator.URL=^(ht|f)tp(s?)\\:\\/\\/[0-9a-zA-Z]([-.\\w]*[0-9a-zA-Z])*(:(0-9)*)*(\\/?)([a-zA-Z0-9\\-\\.\\?\\,\\:\\'\\/\\\\\\+=&;%\\$#_]*)?$
Validator.CreditCard=^(\\d{4}[- ]?){3}\\d{4}$
Validator.SSN=^(?!000)([0-6]\\d{2}|7([0-6]\\d|7[012]))([ -]?)(?!00)\\d\\d\\3(?!0000)\\d{4}$

校验接口

/**
  * 输入校验
  *
  * @param context 校验内容
  * @param input 校验输入
  * @param type 校验类型，对应到 validation.properties 中的类型
  * @param maxLength 输入字符最大长度校验
  * @param allowNull 输入字符Null值校验，false - 不允许；true - 允许
  * @return 校验失败返回 false，校验成功返回 true
  */
boolean ESAPI.validator().getValidInput(String context, String input, String type, int maxLength, boolean allowNull);
@Test
void testValidatorEmail() {
    String input = "xxxx.com";
    if (!ESAPI.validator().isValidInput("", input, "Email", 11, false)) {
        LOG.error("Email validate fail!");
    } else {
        LOG.info("Email is validate.");
    }
}

输出：

Email validate fail!

4. ESAPI 使用和升级过程中常遇到的问题

4.1. ExceptionInInitializerError 造成的 org.owasp.esapi.reference.DefaultEncoder CTOR threw exception

org.owasp.esapi.errors.ConfigurationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException Encoder class (org.owasp.esapi.reference.DefaultEncoder) CTOR threw exception.
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.make(ObjFactory.java:129)
 at org.owasp.esapi.ESAPI.encoder(ESAPI.java:101)
 at com.test.esapi.EsapiTest.testUpdateJulietInfo_good(EsapiTest.java:19)
 at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)
 at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException

 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.make(ObjFactory.java:86)
 ... 71 more
Caused by: java.lang.ExceptionInInitializerError
 at java.base/java.lang.Class.forName0(Native Method)
 at java.base/java.lang.Class.forName(Class.java:375)
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.loadClassByStringName(ObjFactory.java:158)
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.make(ObjFactory.java:81)
 at org.owasp.esapi.ESAPI.logFactory(ESAPI.java:139)
 at org.owasp.esapi.ESAPI.getLogger(ESAPI.java:155)
 at org.owasp.esapi.reference.DefaultEncoder.(DefaultEncoder.java:85)
 at org.owasp.esapi.reference.DefaultEncoder.(DefaultEncoder.java:109)
 at org.owasp.esapi.reference.DefaultEncoder.getInstance(DefaultEncoder.java:68)
 ... 76 more
Caused by: org.owasp.esapi.errors.ConfigurationException: Unable to locate resource: esapi-java-logging.properties
 at org.owasp.esapi.logging.java.JavaLogFactory.readLoggerConfiguration(JavaLogFactory.java:128)
 at org.owasp.esapi.logging.java.JavaLogFactory.(JavaLogFactory.java:96)
 ... 85 more

这个是 ESAPI 升级到 2.5.0.0 之后的版本时，最常碰到的问题。

2.5.0.0 是 ESAPI 一个重要的变动版本，我们从版本变更信息中可以看到：

• 此版本 ESAPI 全面放弃了被 Log4J 不断的漏洞困扰的 Log4J 的支持，转而使用 SLF4J。如果您的 ESAPI.Logger 属性设置为使用 Log4J，如果不更改它，将引发模糊的 Exceptions 或 Errors，通常为 ExceptionInInitializerError。
• 对 AntiSamy 升级到了 1.7.0，并支持了 AntiSamy 自定义的 AntiSamy-sapi.xml 文件。
• 从上一个版本开始，此版本仅支持 Java 8 或更高版本。

从这里可以看到 ExceptionInInitializerError 应该是变更日志组件造成的，熟悉的朋友会立刻想到 ESAPI 的配置文件 ESAPI.properties 里面给出所有组件的配置。

从图中 69 到 72 行可以看到，69 行的:

ESAPI.Logger=org.owasp.esapi.logging.java.JavaLogFactory

还是指向 org.owasp.esapi.logging.java.JavaLogFactory， 后面的注释也提醒我们需要修改成 71 行的：

ESAPI.Logger=org.owasp.esapi.logging.slf4j.Slf4JLogFactory

修改后问题解决。

4.2. java.lang.NoClassDefFoundError: javax/servlet/http/HttpServletRequest

java.lang.NoClassDefFoundError: javax/servlet/http/HttpServletRequest
 at java.base/java.lang.Class.getDeclaredMethods0(Native Method)
 at java.base/java.lang.Class.privateGetDeclaredMethods(Class.java:3402)
 at java.base/java.lang.Class.getMethodsRecursive(Class.java:3543)
 at java.base/java.lang.Class.getMethod0(Class.java:3529)
 at java.base/java.lang.Class.getMethod(Class.java:2225)
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.loadMethodByStringName(ObjFactory.java:196)
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.findSingletonCreateMethod(ObjFactory.java:173)
 at org.owasp.esapi.util.ObjFactory.make(ObjFactory.java:84)
 at org.owasp.esapi.ESAPI.validator(ESAPI.java:192)
 at com.huawei.hwe.esapi.EsapiTest.testEsapi_encodeForURL(EsapiTest.java:23)
 at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)
 at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)

Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: javax.servlet.http.HttpServletRequest
 at java.base/jdk.internal.loader.BuiltinClassLoader.loadClass(BuiltinClassLoader.java:641)
 at java.base/jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader.loadClass(ClassLoaders.java:188)
 at java.base/java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:525)
 ... 79 more

这个问题明显是缺少了依赖库。我们可以查看 Maven 库关于 ESAPI 的定义和依赖信息。
https://mvnrepository.com/artifact/org.owasp.esapi/esapi/2.5.3.1

编译依赖

运行依赖

从运行依赖可以看到需要：javax.servlet » javax.servlet-api
点开后面的版本号：3.1.0，就可以得到 javax.servlet-api 3.1.0 的 mvn 依赖配置，将这个配置加到工程的 pom.xml 文件中就可以了。

在 pom.xml 中加入 javax.servlet-api 配置后，问题解决。

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/javax.servlet/javax.servlet-api -->
<dependency>
    <groupId>javax.servlet</groupId>
    <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
    <version>3.1.0</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

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