Safesql V1

🚀 SafeSQL-v1 (在線演示)

SafeSQL-v1是一個專門用於檢測惡意SQL的Keras 3.x模型。它能檢測多種SQL注入向量，為數據庫安全保駕護航。

✨ 主要特性

• 能夠檢測多種SQL注入向量，如基於錯誤、聯合、盲注、布爾、時間、帶外和堆疊查詢等類型。
• 基於約167K條SQL數據進行訓練，惡意和良性SQL分佈近乎均勻。
• 採用特殊的預處理和特徵選擇方法，訓練過程中使用了學習率調整和梯度爆炸保護機制。
• 應用了權重和內核約束，防止過擬合，提高泛化能力。
• 使用混合精度技術，加快模型加載和推理速度。

📦 安裝指南

1. 根據你的硬件情況（是否使用GPU），下載相應的 requiremnts-[cpu/gpu].txt 文件並安裝：

pip install -r requirements.txt

2. 下載模型文件 sqid.keras。

💻 使用示例

基礎用法

import re
from multiprocessing import cpu_count

from keras.src.saving import load_model
import pandas as pd
from numpy import int64
from pandarallel import pandarallel
from sklearn.preprocessing import RobustScaler

model = load_model('./sqid.keras')
pandarallel.initialize(use_memory_fs=True, nb_workers=cpu_count())


def sql_tokenize(sql_query):
    sql_query = sql_query.replace('`', ' ').replace('%20', ' ').replace('=', ' = ').replace('((', ' (( ').replace(
        '))', ' )) ').replace('(', ' ( ').replace(')', ' ) ').replace('||', ' || ').replace(',', '').replace(
        '--', ' -- ').replace(':', ' : ').replace('%23', ' # ').replace('+', ' + ').replace('!=',
                                                                                            ' != ') \
        .replace('"', ' " ').replace('%26', ' and ').replace('$', ' $ ').replace('%28', ' ( ').replace('%2A', ' * ') \
        .replace('%7C', ' | ').replace('&', ' & ').replace(']', ' ] ').replace('[', ' [ ').replace(';',
                                                                                                   ' ; ').replace(
        '/*', ' /* ')
    sql_reserved = {'SELECT', 'FROM', 'WHERE', 'AND', 'OR', 'NOT', 'IN', 'LIKE', 'ORDER', 'BY', 'GROUP', 'HAVING',
                    'LIMIT', 'BETWEEN', 'IS', 'NULL', '%', 'LIKE', 'MIN', 'MAX', 'AS', 'UPPER', 'LOWER', 'TO_DATE',
                    '=', '>', '<', '>=', '<=', '!=', '<>', 'BETWEEN', 'LIKE', 'EXISTS', 'JOIN', 'UNION', 'ALL',
                    'ASC', 'DESC', '||', 'AVG', 'LIMIT', 'EXCEPT', 'INTERSECT', 'CASE', 'WHEN', 'THEN', 'IF',
                    'IF', 'ANY', 'CAST', 'CONVERT', 'COALESCE', 'NULLIF', 'INNER', 'OUTER', 'LEFT', 'RIGHT', 'FULL',
                    'CROSS', 'OVER', 'PARTITION', 'SUM', 'COUNT', 'WITH', 'INTERVAL', 'WINDOW', 'OVER',
                    'ROW_NUMBER', 'RANK',
                    'DENSE_RANK', 'NTILE', 'FIRST_VALUE', 'LAST_VALUE', 'LAG', 'LEAD', 'DISTINCT', 'COMMENT',
                    'INSERT',
                    'UPDATE', 'DELETED', 'MERGE', '*', 'generate_series', 'char', 'chr', 'substr', 'lpad',
                    'extract',
                    'year', 'month', 'day', 'timestamp', 'number', 'string', 'concat', 'INFORMATION_SCHEMA',
                    "SQLITE_MASTER", 'TABLES', 'COLUMNS', 'CUBE', 'ROLLUP', 'RECURSIVE', 'FILTER', 'EXCLUDE',
                    'AUTOINCREMENT', 'WITHOUT', 'ROWID', 'VIRTUAL', 'INDEXED', 'UNINDEXED', 'SERIAL',
                    'DO', 'RETURNING', 'ILIKE', 'ARRAY', 'ANYARRAY', 'JSONB', 'TSQUERY', 'SEQUENCE',
                    'SYNONYM', 'CONNECT', 'START', 'LEVEL', 'ROWNUM', 'NOCOPY', 'MINUS', 'AUTO_INCREMENT', 'BINARY',
                    'ENUM', 'REPLACE', 'SET', 'SHOW', 'DESCRIBE', 'USE', 'EXPLAIN', 'STORED', 'VIRTUAL', 'RLIKE',
                    'MD5', 'SLEEP', 'BENCHMARK', '@@VERSION', 'VERSION', '@VERSION', 'CONVERT', 'NVARCHAR', '#',
                    '##', 'INJECTX',
                    'DELAY', 'WAITFOR', 'RAND',
                    }

    tokens = sql_query.split()
    tokens = [re.sub(r"""[^*\w\s.=\-><_|()!"']""", '', token) for token in tokens]
    for i, token in enumerate(tokens):
        if token.strip().upper() in sql_reserved:
            continue
        if token.strip().isnumeric():
            tokens[i] = '#NUMBER#'
        elif re.match(r'^[a-zA-Z_.|][a-zA-Z0-9_.|]*$', token.strip()):
            tokens[i] = '#IDENTIFIER#'
        elif re.match(r'^[\d:]*$', token.strip()):
            tokens[i] = '#TIMESTAMP#'
        elif '%' in token.strip():
            tokens[i] = ' '.join(
                [j.strip() if j.strip() in ('%', "'", "'") else '#IDENTIFIER#' for j in token.strip().split('%')])
    return ' '.join(tokens)


def add_features(x):
    s = ["num_tables", "num_columns", "num_literals", "num_parentheses", "has_union", "depth_nested_queries", "num_join", "num_sp_chars", "has_mismatched_quotes", "has_tautology"]
    x['Query'] = x['Query'].copy().parallel_apply(lambda a: sql_tokenize(a))
    x['num_tables'] = x['Query'].str.lower().str.count(r'FROM\s+#IDENTIFIER#', flags=re.I)
    x['num_columns'] = x['Query'].str.lower().str.count(r'SELECT\s+#IDENTIFIER#', flags=re.I)
    x['num_literals'] = x['Query'].str.lower().str.count("'[^']*'", flags=re.I) + x['Query'].str.lower().str.count(
        '"[^"]"', flags=re.I)
    x['num_parentheses'] = x['Query'].str.lower().str.count("\\(", flags=re.I) + x['Query'].str.lower().str.count(
        '\\)',
        flags=re.I)
    x['has_union'] = x['Query'].str.lower().str.count(" union |union all", flags=re.I) > 0
    x['has_union'] = x['has_union'].astype(int64)
    x['depth_nested_queries'] = x['Query'].str.lower().str.count("\\(", flags=re.I)
    x['num_join'] = x['Query'].str.lower().str.count(
        " join |inner join|outer join|full outer join|full inner join|cross join|left join|right join",
        flags=re.I)
    x['num_sp_chars'] = x['Query'].parallel_apply(lambda a: len(re.findall(r'[\'";\-*/%=><|#]', a)))
    x['has_mismatched_quotes'] = x['Query'].parallel_apply(
        lambda sql_query: 1 if re.search(r"'.*[^']$|\".*[^\"]$", sql_query) else 0)
    x['has_tautology'] = x['Query'].parallel_apply(lambda sql_query: 1 if re.search(r"'[\s]*=[\s]*'", sql_query) else 0)
    return x


input_sqls = ['SELECT roomName ,  RoomId FROM Rooms WHERE basePrice  >  160 AND maxOccupancy  >  2;', # 非惡意
              "ORDER BY 1,SLEEP(5),BENCHMARK(1000000,MD5('A')),4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18#", # 惡意
              "; desc users; --", # 惡意
              "ORDER BY 1,SLEEP(5),BENCHMARK(1000000,MD5('A')),4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27", # 惡意
              "SELECT DISTINCT t2.datasetid FROM paperdataset AS t3 JOIN dataset AS t2 ON t3.datasetid  =  t2.datasetid JOIN paperkeyphrase AS t1 ON t1.paperid  =  t3.paperid JOIN keyphrase AS t4 ON t1.keyphraseid  =  t4.keyphraseid WHERE t4.keyphrasename  =  ""semantic parsing"";" # 非惡意
              ]

numeric_features = ["num_tables", "num_columns", "num_literals", "num_parentheses", "has_union", "depth_nested_queries", "num_join", "num_sp_chars", "has_mismatched_quotes", "has_tautology"]

input_df = pd.DataFrame(input_sqls, columns=['Query'])
input_df = add_features(input_df)

scaler = RobustScaler()
x_in = scaler.fit_transform(input_df[numeric_features])

preds = model.predict([input_df['Query'], x_in]).tolist()


for i, pred in enumerate(preds):
    print()
    print(f'查詢語句: {input_sqls[i]}')
    print(f'是否為惡意: {pred[0] >= 0.50} ({pred[0]})')
    print()

# 運行基準測試

input_df = pd.read_csv('benchmark.csv')
hits = 0
data_size = input_df.shape[0]
miss_pos, miss_neg = [], []
total_negs = input_df[input_df['Label'] == 1.0].shape[0]
total_pos = input_df[input_df['Label'] == 0.0].shape[0]
pred_trans = ['良性', '惡意']
false_metrics = {0: 0, 1: 0}
x_in = scaler.transform(input_df[numeric_features])
print('正在運行基準測試')
preds = model.predict([input_df['Query'], x_in])
miss_q = []

actuals = input_df['Label'].tolist()
for i, pred in enumerate(preds):
    pred = int(pred[0] > .95)
    if pred == actuals[i]:
        hits += 1
    else:
        false_metrics[int(pred)] += 1

print('基準測試完成。')
print('正在打印結果。')
acc = round((hits / data_size) * 100, 2)
f_neg = round((false_metrics[0] / total_negs) * 100, 2)
f_pos = round((false_metrics[1] / total_pos) * 100, 2)
print(f'總數據量: {data_size}')
print(f'負樣本總數: {total_negs} \t 正樣本總數: {total_pos}')
print()
print(f'命中總數: {hits}/{data_size}，準確率為 {acc}%。')
print(f'假陰性: {false_metrics[0]}({f_neg}%) \t 假陽性: {false_metrics[1]}({f_pos}%)')

🔧 技術細節

• 訓練數據：使用了約167K條SQL數據，包含惡意和良性SQL，分佈近乎均勻。數據來源包括多個公開數據集，如 b-mc2/sql-create-context、philikai/Spider-SQL-LLAMA2_train 等。
• 預處理：對SQL數據進行了特殊的預處理，使用了特殊的掩碼標記。同時生成了28個額外的數值特徵，並使用遞歸特徵消除方法選擇了前10個特徵進行訓練。
• 訓練過程：訓練過程分為熱身階段和主訓練階段。熱身階段使用較小的、正弦衰減的學習率，主訓練階段使用較高的學習率和餘弦衰減。使用了特殊的回調函數來監測和防止梯度爆炸，並根據爆炸規模自動調整學習率和模型權重。
• 模型約束：應用了權重和內核約束，幫助防止過擬合，提高模型的泛化能力。
• 混合精度：使用 混合精度 技術，加快模型加載和推理速度。

📚 詳細文檔

模型元信息

檢查點信息

823/823 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 99s 120ms/step - AUPR: 0.9979 - f1_score: 0.5782 - fn: 64.0947 - fp: 8.2500 - loss: 0.0236 - precision: 0.9987 - recall: 0.9889 - val_AUPR: 0.9970 - val_f1_score: 0.5775 - val_fn: 34.0000 - val_fp: 4.0000 - val_loss: 0.0298 - val_precision: 0.9985 - val_recall: 0.9873 - learning_rate: 7.0911e-04

基準測試結果

• 總SQL數量：30919
• 總負樣本數量：11382
• 總正樣本數量：19537
• 命中總數：30844/30919，準確率為 99.76%
• 假陰性數量：69（0.61%）
• 假陽性數量：6（0.03%）

訓練數據和基準測試數據

• 訓練數據：dataset/train.csv
• 基準測試數據：dataset/benchmark.csv

📄 許可證

本模型使用 Apache 2.0 許可證。

架構圖