文字コードに起因する脆弱性とその対策

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September 25, 10

スライド概要

PHPカンファレンス2010テックデイでの講演資料

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徳丸本の中の人 OWASP Japanアドバイザリーボード EGセキュアソリューションズ取締役CTO IPA非常勤職員 YouTubeチャンネル: 徳丸浩のウェブセキュリティ講座 https://j.mp/web-sec-study

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各ページのテキスト
1.

文字コードに起因する脆弱性とその対策 2010年9月25日 HASHコンサルティング株式会社 徳丸 浩

2.

本日お話しする内容 • 文字コード超入門 • 文字コードの扱いに起因する脆弱性デモ6連発 • 文字コードの扱いに関する原則 • 現実的な設計・開発指針 • まとめ Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 2

3.

前提とする内容 • 文字コードに起因する脆弱性とは – 正しいセキュリティ対策をしているかに見えるコードにおいて、 文字コードの取り扱いが原因で生じる脆弱性 • 以下の脆弱性に関する一般的な知識は既知のものとします – SQLインジェクション脆弱性 – クロスサイト・スクリプティング(XSS)脆弱性 – パストラバーサル脆弱性 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 3

4.

徳丸浩の自己紹介 • 経歴 – 1985年 京セラ株式会社入社 – 1995年 京セラコミュニケーションシステム株式会社(KCCS)に出向・転籍 – 2008年 KCCS退職、HASHコンサルティング株式会社設立 • 経験したこと – 京セラ入社当時はCAD、計算幾何学、数値シミュレーションなどを担当 – その後、企業向けパッケージソフトの企画・開発・事業化を担当 – 1999年から、携帯電話向けインフラ、プラットフォームの企画・開発を担当 Webアプリケーションのセキュリティ問題に直面、研究、社内展開、寄稿などを開始 – 2004年にKCCS社内ベンチャーとしてWebアプリケーションセキュリティ事業を立ち上げ • その他 – 1990年にPascalコンパイラをCabezonを開発、オープンソースで公開 「大学時代のPascal演習がCabezonでした」という方にお目にかかることも • 現在 – HASHコンサルティング株式会社 代表 – 京セラコミュニケーションシステム株式会社 技術顧問 – 独立行政法人情報処理推進機構 非常勤研究員 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. http://www.hash-c.co.jp/ http://www.kccs.co.jp/security/ http://www.ipa.go.jp/security/ 4

5.

本を書いています Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 5

6.

文字コード超入門 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 6

7.

文字コードとはなにか • 用語集的な説明は割愛 • 文字コード = 文字集合 + 文字エンコーディング • 文字集合 – 文字集合とは、文字を集めたもの – 符号化文字集合とは、集めた文字に符号(番号)をつけたもの – 代表的な(符号化)文字集合 ASCII、ISO-8859-1、JIS X 0201、JIS X 0208、JIS X 0213 • 文字エンコーディング(文字符号化方式) – 文字集合を使ってコンピュータ処理するために、文字をバイト列とし て表現する方式 – 文字集合は複数でもよい(ASCII + JIS X 0208など) – 代表的な文字エンコーディング Shift_JIS、EUC-JP、UTF-8、UTF-16 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 7

8.

代表的な文字集合 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 8

9.

1バイト文字集合の包含関係 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 9

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多バイト文字集合の包含関係 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 10

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文字集合の変更に注意 • 文字集合を変更すると、一対一対応でない箇所で文字化け 等の原因になる Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 11

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5CとA5には特に注意 • 文字集合によって、円記号の位置が異なるので、文字集合 が変更された場合に事故の元になる可能性がある Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 12

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Shift_JIS • JIS X 0201と英数片仮名とJIS X 0208の漢字(第一、第2水 準)を混在できる文字エンコーディング • 1バイトor 2バイトで1文字を表現。ビット利用効率が高い • 1バイト文字と後続バイト文字の領域が重なっているので、い わゆる「5C問題」が発生する 例えば「表」という文字の2バイト目 が「¥」にマッチする Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 13

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EUC-JP • UNIX上で日本語を扱うために開発された文字エンコーディ ング • ASCIIとJIS X 0208を混在して利用可能。JIS X 0201の片 仮名(いわゆる半角片仮名)も、2バイトで表現可能 • 1バイト文字と後続バイトは領域が重ならないので、5C問題 は発生しない • しかし、文字境界をまたがって マッチングする場合はある =螢問題 (オレ呼称につき注意) Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 14

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UTF-8 • Unicodeの文字エンコーディング。ASCIIと互換性を持たせる ため、1~4バイトで1文字を表現。 • 1バイト文字、先行バイト、後続バイトの領域はまったく重なら ないので、5C問題や「螢問題」は発生しない • しかし、「非最短形式問題」には注意 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 15

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UTF-8の非最短形式 • UTF-8で、Nバイトで表現できる文字は、N+1バイト以上の形 式でも表現できる(計算上は) スラッシュ「/」の非最短形式 • 同じ文字がバイト列上は「別の文字」と判定されるため、脆弱 性の原因になる。現在は非最短形式は禁止されている • PHPのmbstringは、非最短形式のUTF-8をエラーにするが、 htmlspecialcharsは最近(5.3.1)までエラーにしなかった • JREは比較的最近(Java SE6 Update10)までUTF-8の非最 短形式を許容していた Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 16

17.

UTF-7 • 7ビットでUnicodeを符号化する方式 • 元々電子メールでの利用を想定していたが、現在規格上は 廃止されている • 後方互換のため(ホントか?)主要ブラウザで現在でも利用で きる • 英数字と一部の記号はASCIIそのまま、それ以外の文字は 以下の方式で変換 UTF-16で符号化 → Base64エンコーディング → 先頭に「+」、末尾に「-」を追加 • <script>alert(1)</script>はこうなる +ADw-script+AD4-alert(1)+ADw-/script+AD4Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 17

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文字コードの扱いに起因する 脆弱性デモ6連発 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 18

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デモ1:半端な先行バイトによるXSS • 半端な先行バイトとは – Shift_JIS、EUC-JP、UTF-8などマルチバイト文字の1バ イト目だけが独立して存在する状態 – 次の文字が、マルチバイト文字の2バイト目以降の文字と して「食われる」状況になる – input要素などの引用符「”」を食わせて、イベントハンドラ を注入する攻撃 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 19

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[beta]
デモ1:PHPソース
<?php
session_start();
header('Content-Type: text/html; charset=Shift_JIS');
$p1 = @$_GET['p1'];
$p2 = @$_GET['p2'];
?>
<body>
<form>
PHP Version:<?php
echo htmlspecialchars(phpversion(), ENT_NOQUOTES,
'Shift_JIS'); ?><BR>
<input name=p1 value="<?php echo
htmlspecialchars($p1, ENT_QUOTES, 'Shift_JIS'); ?>"><BR>
<input name=p2 value="<?php echo
htmlspecialchars($p2, ENT_QUOTES, 'Shift_JIS'); ?>"><BR>
<input type="submit" value="更新">
</form>
</body>
Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

20

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デモ1:半端な先行バイトによるXSS 閉じる引用符が食われた状態 <input name=p1 value="・><BR> <input name=p2 value=" onmouseover=alert(document.cookie)//"><BR> ここで最初の属性値がようやく終了 第二の属性値がイベントハンドラに • 半端な先行バイトによるXSSが発生する条件は、以下のい ずれかを満たす場合 – htmlspecialcharsの第3引数を指定していない – PHPの5.2.11以前あるいはPHP5.3.1以前を使用 • すなわち対策としては – PHPの最新版を使う – htmlspecialcharsの第3引数を指定する Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 21

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[beta]
デモ2:UTF-8非最短形式によるパストラバーサル
String msg = "";
String pathname = "";
try {
String path = request.getParameter("path");
File f = new File(path);
// パス名からファイル名を取り出す(PHPのbasename())
String filebody = f.getName();
// UTF-8としてデコード
filebody = new String(
filebody.getBytes("ISO-8859-1"), "UTF-8");
// ディレクトリを連結
pathname = "c:/home/data/" + filebody;
// 以下ファイル読み出し
FileReader fr = new FileReader(pathname);
BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
・・・

Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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• 脆弱性が発生する条件(AND条件) – Java SE6 update10以前を使用 – 文字エンコーディング変換前にファイル名をチェックしている Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 23

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デモ3:5C問題によるSQLインジェクション • 5C問題とは – Shift_JIS文字の2バイト目に0x5Cが来る文字に起因する問題 ソ、表、能、欺、申、暴、十 … など出現頻度の高い文字が多い – 0x5CがASCIIではバックスラッシュであり、ISO-8859-1など1バイト 文字と解釈された場合、日本語の1バイトがバックスラッシュとして 取り扱われる – 一貫して1バイト文字として取り扱われれば脆弱性にならないが、1 バイト文字として取り扱われる場合と、Shift_JISとして取り扱われる 場合が混在すると脆弱性が発生する Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 24

25.
[beta]
ソースコード(要点のみ)
<?php
header('Content-Type: text/html; charset=Shift_JIS');
$key = @$_GET['name'];
if (! mb_check_encoding($key, 'Shift_JIS')) {
die('文字エンコーディングが不正です');
}
// MySQLに接続(PDO)
$dbh = new PDO('mysql:host=localhost;dbname=books', 'phpcon', 'pass1');
// Shift_JISを指定
$dbh->query("SET NAMES sjis");
// プレースホルダによるSQLインジェクション対策
$sth = $dbh->prepare("SELECT * FROM books WHERE author=?");
$sth->setFetchMode(PDO::FETCH_NUM);
// バインドとクエリ実行
$sth->execute(array($key));
?>
Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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5C問題によるSQLインジェクションの説明 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 26

27.
[beta]
デモ4:UTF-7によるXSS
<?php
session_start();
header('Content-Type: text/html; charset=EUCJP');

$p = @$_GET['p'];
if (! mb_check_encoding($p, 'EUCJP')) {
die('Invalid character encoding');

}
?>
<body>

<?php echo
htmlspecialchars($p, ENT_NOQUOTES, 'EUCJP'); ?>
</body>

Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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UTF-7によるXSSの説明 HTTPレスポンス EUCJPという文字エンコーディングを HTTP/1.1 200 OK IEは認識できない(正しくはEUC-JP) Content-Length: 187 Content-Type: text/html; charset=EUCJP <body> +ADw-script+AD4-alert(document.cookie)+ADw-/script+AD4</body> IEはレスポンスの内容から、このコン テンツはUTF-7と判定する UTF-7として解釈されたコンテンツ <body> <script>alert(document.cookie)</script> </body> JavaScriptが 起動される Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 28

29.

デモ5:U+00A5によるSQLインジェクション Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); Connection con = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql://localhost/books?user=phpcon&passwor d=pass1"); String sql = "SELECT * FROM books where author=?"; // プレースホルダ利用によるSQLインジェクション対策 PreparedStatement stmt = con.prepareStatement(sql); // ? の場所に値を埋め込む(バインド) stmt.setString(1, key); ResultSet rs = stmt.executeQuery(); Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. // クエリの実行 29

30.

U+00A5によるSQLインジェクションの原理 IPA:安全なSQLの呼び出し方(http://www.ipa.go.jp/security/vuln/websecurity.html)より引用 30

31.

U+00A5によるSQLインジェクションの条件と対策 • 脆弱性が発生する条件 – JDBCとしてMySQL Connector/J 5.1.7以前を使用 – MySQLとの接続にShift_JISあるいはEUC-JPを使用 – 静的プレースホルダを使わず、エスケープあるいは動的プレースホ ルダ(クライアントサイドのバインド機構)を利用している • 対策(どれか一つで対策になるがすべて実施を推奨) – MySQL Connector/Jの最新版を利用する – MySQLとの接続に使用する文字エンコーディングとして Unicode(UTF-8)を指定する (接続文字列にcharacterEncoding=utf8を指定する) – 静的プレースホルダを使用する (接続文字列にuseServerPrepStmts=trueを指定する) Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 31

32.
[beta]
デモ6:U+00A5によるXSS
// PHPでもU+00A5がバックスラッシュに変換されるパターンはないか
<?php
header('Content-Type: text/html; charset=Shift_JIS');
$p = @$_GET['p'];
// JSエスケープ ¥→¥¥ '→¥' "→ ¥"
$p1 = preg_replace('/(?=[¥¥¥¥¥¥¥'¥¥"])/u' , '¥¥', $p);
$p2 = htmlspecialchars($p1, ENT_QUOTES, 'UTF-8');
?>
<html><head>
<script type="text/javascript">
function foo($a) {
document.getElementById("foo").innerText= $a;
}
</script></head>
<body onload="foo('<?php echo $p2;[mbstring]
?>')">
mbstring.internal_encoding = UTF-8
p=<span id="foo"></span>
mbstring.http_input = auto
mbstring.http_output = cp932
</body>
mbstring.encoding_translation = On
</html>
mbstring.detect_order = SJIS-win,UTF-8,eucJP-win
Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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U+00A5によるXSSが発生する原理と条件 • 脆弱性が発生する条件 – PHP5.3.3(以降)を利用している • それより前のバージョンでは、U+00A5は全角の「¥」に変換されていた – 以下の文字エンコーディング • 入力:自動、あるいはなんらかの経路でU+00A5の文字が入る • 内部:UTF-8 • 出力:cp932 あるいは cp51932 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 33

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文字コードの扱いに関する原則 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 34

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これまでのデモを原因別に分類すると… • 文字エンコーディングとして不正なデータによる攻撃 – デモ1:半端な先行バイトによるXSS – デモ2:UTF-8非最短形式によるパストラバーサル • 文字エンコーディングとして不正でなく、マルチバイト文字対 応が不十分なもの – デモ3:5C問題によるSQLインジェクション – デモ4:UTF-7によるXSS • 文字集合の変更が原因となるもの – デモ5:U+00A5によるSQLインジェクション – デモ6:U+00A5によるXSS Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 35

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不正な文字エンコーディング対策 • 入力時点でのアプローチ – 以下のいずれか、あるいは両方を実施する • すべての入力値の文字エンコーディングの妥当性をチェックする • 文字エンコーディングの変換を行う(不正な文字エンコーディングは削除) – Javaや.NETは内部UTF-16なので必ず文字エンコーディングが変 換される。PHPはそのようなキマリがないので開発側で要注意 – PHP6で内部UTF-16になるハズだったのだが… • 出力(文字列を使う)時点でのアプローチ – 文字列を「使う」際の関数・APIが文字エンコーディングに対応してい れば、脆弱性は発生しない – 最新のPHPを使う – 文字エンコーディング指定をさぼらない • どっちをすればいいのか? – 両方やる Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 36

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マルチバイト文字対応を十分にするとは • 一口で説明すると、「それぞれの処理を規格通りに正しく処 理せよ」としか言えない • HTTPレスポンスに「ブラウザが認識できる形式」で文字エン コーディングを指定する – ○ Shift_JIS / EUC-JP / UTF-8 – × SJIS / cp932 / Shift-JIS / SJIS-win / EUCJP / UTF8 • すべての文字列処理でマルチバイト対応の関数を使用する – ここは日本語はない「はず」というのはやめた方がいい • htmlspecialcharsの第3引数(文字エンコーディング)は必ず 指定する • データベース接続ライブラリには文字エンコーディングが指 定できるものを選び、正しく指定する • Shift_JISは避けた方がよい Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 38

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[beta]
クイズ:この関数はなにをするか分かりますか?
function isZenKana($ch) {
$kanas = 'ァアィイゥウェエォオカガキギクグケゲコゴサザシジスズセゼソゾ
タダチヂッツヅテデトドナニヌネノハバパヒビピフブプヘベペホボポマミムメモャヤュ
ユョヨラリルレロヮワヰヱヲンヴヵヶ';
return strpos($kanas, $ch) !== false;
}

mb_strposをつかうべき
Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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文字集合の変更が原因となるもの • 文字集合の変更が脆弱性の原因になる場合がある – 多対一の変換 U+00A5 → など • もっとも確実な解決策は、入り口から出口のすべての経路 で、文字集合を変更しないこと – ○ UTF-8 → UTF-8 → UTF-8 – ○ UTF-8 → UTF-16 → UTF-8 – ○ Shift_JIS → EUC-JP → EUC-JP – × Shift_JIS → UTF-8 → Shift_JIS • やむを得ず文字集合を変更する場合は、エスケープやチェッ ク処理の前に、あらかじめ多対一変換が起こしておくとよい – 入り口で文字集合を絞り込む(Shift_JISに変換してからUTF-8に戻 すなど) Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 40

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PC・モバイル対応サイトでは文字集合の変更を伴う Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 41

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文字集合の縮退を実施すれば安心・安全 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 42

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現実的な設計・開発指針 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 43

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文字コードの選定 • 以下の3パターンから選ぶ(Shift_JISは携帯電話向け) – UU:すべてUTF-8で通す(推奨) – JJ:外部はShift_JIS、内部はEUC-JP – JU:外部はShift_JIS、内部はUTF-8 • JUパターンは文字集合の変更を伴うので以下のいずれかを 実施する – JIS文字集合にない文字が現れないことを保証する – JIS文字集合にない文字が現れる可能性がある場合は、「文字集合 の縮退」処理を行う – 対症療法を実施する • JavaScript文字列リテラルを動的生成を避け、hiddenパラメータを生成して、 DOMで読み込む(¥が問題になるコーディングをしない) • cp932とcp51932を避ける Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 44

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簡単にできるテスト • 以下の文字を入力・登録して、どのように表示されるかを調 べる – ¥ (U+00A5) バックスラッシュに変換されないか – 骶 (U+9AB6) JIS X 0208にない文字 – 𠮷 (U+20BB7) BMP外の文字 UTF-8では4バイトになる • 尾骶骨テストや「つちよし」テストで、Unicodeがきちんと通る か確認しよう Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 45

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処理に関する指針 • 入り口:以下のいずれかを行う – mb_check_encodingにより文字エンコーディングをチェックする – mb_convert_encodingにより文字エンコーディングを変換する – php.iniの設定により自動的に文字エンコーディングを変換する ※いずれの場合も、文字エンコーディングは明示する • プログラム内の処理 – mbstringの内部文字コード(mbstring.internal_encoding)を設定 – すべての文字列処理でマルチバイト対応の関数を使用する – 文字エンコーディングのデフォルトが内部文字コートでない関数に は文字エンコーディングを必ず指定する • 出力(表示) – レスポンスヘッダに文字エンコーディングを正しく設定する – htmlspecialcharsの文字エンコーディングは必ず指定する Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 46

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[beta]
データベースに関する指針
• 文字エンコーディング指定のできるデータベース接続ライブ
ラリを選定し、文字エンコーディングを正しく指定する
$dbh = new PDO('mysql:host=xxxx;dbname=xxxx;charset=cp932',
'user', 'pass', array(
PDO::MYSQL_ATTR_READ_DEFAULT_FILE => '/etc/mysql/my.cnf',
PDO::MYSQL_ATTR_READ_DEFAULT_GROUP => 'client', ));
# http://gist.github.com/459499 より引用(by id:nihen)

• 静的プレースホルダを使うよう指定する、
あるいはプログラミングする
$dbh->setAttribute(PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES,
false);

• 詳しくは「安全なSQLの呼び出し方」を参照
http://www.ipa.go.jp/security/vuln/websecurity.html

Copyright © 2010 HASH Consulting Corp.

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まとめ • 正しい脆弱性対策をしていても、文字コードの扱いにより脆 弱性が混入する場合がある • 文字コードの選定 (例えばShift_JISを避ける) • 入力時に不正な文字エンコーディングを排除 • 処理毎の正しい文字エンコーディングの取り扱い – マルチバイト対応の関数を選定 – 文字エンコーディングを指定 • 出力時の文字エンコーディングの扱い – レスポンスヘッダに文字エンコーディングを明示 – htmlspecialcharsの文字エンコーディング指定を忘れずに • データベースの文字エンコーディング指定と静的プレースホ ルダの利用 Copyright © 2010 HASH Consulting Corp. 48

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ご清聴ありがとうございました