深入理解重入攻击漏洞

摘要：重入攻击本质上与编程里的递归调用类似，当合约将以太币发送到未知地址时就可能会发生，威胁以太坊智能合约的安全性。知道创宇区块链安全实验室?从转账方法、fallback 函数、漏洞代码、源码分析四个方面入手，深入分析攻击原因，详解?The?DAO 事件。

智能合约（英文：Smart contract ）的概念于 1995 年由 Nick Szabo 首次提出，它是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议，它允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。

然而智能合约也并非是安全的，其中?重入 (Re-Entrance) 攻击?漏洞是以太坊中的攻击方式之一，早在 2016 年就因为 The DAO 事件而造成了以太坊的硬分叉。

在以太坊中，智能合约能够调用其他外部合约的代码，由于智能合约可以调用外部合约或者发送以太币，这些操作需要合约提交外部的调用，所以这些合约外部的调用就可以被攻击者利用造成攻击劫持，使得被攻击合约在任意位置重新执行，绕过原代码中的限制条件，从而发生重入攻击。重入攻击本质上与编程里的递归调用类似，所以当合约将以太币发送到未知地址时就可能会发生。

简单的来说，发生重入攻击漏洞的条件有 2 个：

调用了外部的合约且该合约是不安全的

外部合约的函数调用早于状态变量的修改

下面给出一个简单的代码片段示例：

上述代码片段就是最简单的提款操作，接下来会给大家详细分析重入攻击造成的原因。

外汇局山西省分局深入推进跨境金融区块链服务平台试点工作:疫情期间，外汇局山西省分局深入推进国家外汇管理局推出的跨境金融区块链服务平台的试点工作，专题调研全省中小微外贸企业融资现状；深入宣传，促进更多中小微外贸企业了解区块链平台融资的便利性；加强推动，鼓励银行对中小微外贸企业建立专营服务机制；及时引导，推进银行主动对接中小微外贸企业，开展出口应收账款融资；“点对点”辅导，加快推进地方法人银行上线区块链平台，挖掘中小微外贸企业融资需求。通过外汇局的有效措施，银行对中小企业融资的积极性有了明显提高，企业对区块链融资的便利性也越来越了解，银行扩大了对中小微企业的融资规模，企业获得了便捷的融资，实现了“一项政策、多方共赢”。截至今年3月底，16家银行加入了区块链平台，全省通过区块链平台累计放款7.65亿美元。山西省涉外中小微外贸企业复工复产1458户，复工率达91%。（金融时报）[2020/4/9]

在正式的分析重入攻击之前，我们先来介绍几个重点知识。

转账方法

由于重入攻击会发送在转账操作时，而 Solidity 中常用的转账方法为

<address>.transfer()，<address>.send() 和 <address>.gas().call.vale()()，下面对这 3 种转账方法进行说明：

<address>.transfer()：只会发送 2300 gas 进行调用，当发送失败时会通过 throw 来进行回滚操作，从而防止了重入攻击。

<address>.send()：只会发送 2300 gas 进行调用，当发送失败时会返回布尔值 false，从而防止了重入攻击。

动态 | 未来区块链等金融科技在农村金融领域的应用将会持续深入推广:据中国金融新闻网消息，日前，央行等五部委联合发布《关于金融服务乡村振兴的指导意见》（以下简称《指导意见》），其中，在强化金融产品和服务方式创新方面，鼓励推动新技术的运用。业内人士认为，未来金融科技在农村金融领域的应用将继续深入推广。正如上述《指导意见》提出，积极运用大数据、区块链等技术，提高涉农信贷风险的识别、监控、预警和处置水平；鼓励开发针对农村电商的专属贷款产品和小额支付结算功能，打通农村电商资金链条等。[2019/2/16]

<address>.gas().call.vale()()：在调用时会发送所有的 gas，当发送失败时会返回布尔值 false，不能有效的防止重入攻击。

fallback 函数

接着我们来讲解下 fallback 回退函数。

回退函数 (fallback function)：回退函数是每个合约中有且仅有一个没有名字的函数，并且该函数无参数，无返回值，如下所示：

function() public payable{???

? ? ? ...

}

回退函数在以下几种情况中被执行：

调用合约时没有匹配到任何一个函数；

没有传数据；

智能合约收到以太币（为了接受以太币，fallback 函数必被标记为 payable）。

漏洞代码

下面的代码就是存在重入攻击的，实现的是一个类似于公共钱包的合约，所有的用户都可以使用 deposit() 存款到 Reentrance 合约中，也可以从 Reentrance 合约中使用 withdraw() 进行提款，当然了所有人也可以使用 balanceof() 查询自己或者其他人在该合约中的余额。

声音 | 李东荣：依托区块链研究工作组等 就国内外金融科技热点重点问题开展深入研究:据人民网报道，中国互联网金融协会会长李东荣做客人民网视频访谈表示，从四方面加强金融科技发展，其中提到： 第一，依托移动金融专委会、网络与信息安全专委会、金融科技发展与研究工作组、区块链研究工作组等，牵头组织行业研究力量，就国内外金融科技热点重点问题开展深入研究，主要包括英美及部分新兴市场国家金融科技监管最新进展，网络借贷、股权众筹等金融科技业态国际比较，监管科技、监管沙箱发展情况，大数据、云计算、人工智能、区块链等技术在金融领域的应用情况等。其次是持续加强金融科技标准化建设，提升行业标准化规范化水平。三是履行社会组织对外交往职能，不断加强金融科技国际交流合作。 第四，协会综合运用自身掌握数据，以及司法系统、科技公司等第三方合作数据，针对互联网资管、网络借贷、ICO、互联网非法外汇交易、涉嫌违法违规宣传活动等重点领域持续开展监测。[2018/12/27]

首先使用一个账户 (0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4) 扮演受害者，将该合约在 Remix IDE?点击 Deploy 按钮进行部署。

在部署合约成功后在 VALUE 设置框中填写 5，将单位改成 ether，点击 deposit 存入 5 个以太币。

明日国会听证会将深入研究区块链在供应链管理中的应用:据coindesk消息，国会小组委员会将在明天的听证会上继续区块链实况调查任务。明日的会议将比2月份由科学，空间和技术研究和技术及监督小组委员会内部委员会举行的类似听证会更加详细，将深入研究该技术在供应链管理中的应用。众议院科学委员会主席Lamar Smith的一位代表告诉CoinDesk，“知识产权，网络安全以及航运和物流方面的专家”将参加此次听证会。[2018/5/8]

点击 wallet 查看该合约的余额，发现余额为 5 ether，说明我们的存款成功。

而下面的代码则是针对上面存在漏洞的合约进行的攻击：

使用另外一个账户 (0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2) 扮演攻击者，复制存在漏洞的合约地址到 Deploy 的设置框内，点击 Deploy 部署上面的攻击合约。

财政部副部长朱光耀：G20正在深入讨论对数字经济征税:财政部副部长朱光耀在中国发展高层论坛上表示，数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展。像任何事物一样，也要关注数字经济的其他影响，包括税收征管、反监管措施等要跟上。他还透露G20正在深入讨论对数字经济征税。[2018/3/24]

部署成功后先调用 wallet() 函数查看攻击合约的余额为 0。

攻击者先存款 1 ether 到漏洞合约中，这里设置 VALUE 为 1 ether，之后点击攻击合约的 deposit 进行存款。

再次调用合约的 wallet 函数查看漏洞合约的余额，发现已经变成了 6 ether。

攻击者 (0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2) 调用攻击合约的 attack 函数模拟攻击，之后调用被攻击合约的 wallet 函数去查看合约的余额，发现已经归零，此时回到攻击合约查看余额，发现被攻击合约中的 6 ether 已经全部提款到了攻击者合约中，这就造成了重入攻击。

源码分析

上面讲解了如何进行重入攻击已经漏洞原因，这里梳理了漏洞源码和攻击的步骤，列出了关键代码。

2016 年 6 月 17 日，TheDAO 项目遭到了重入攻击，导致了 300 多万个以太币被从 TheDAO 资产池中分离出来，而攻击者利用 TheDAO 智能合约中的 splitDAO() 函数重复利用自己的 DAO 资产进行重入攻击，不断的从 TheDAO 项目的资产池中将 DAO 资产分离出来并转移到自己的账户中。

下列代码为 splitDAO() 函数中的部分代码，源代码在 TokenCreation.sol 中，它会将代币从 the parent DAO 转移到 the child DAO 中。平衡数组 uint fundsToBeMoved = (balances[msg.sender] * p.splitData.splitBalance) ?/ p.splitData.totalSupply 决定了要转移的代币数量。

下面的代码则是进行提款奖励操作，每次攻击者调用这项功能时 p.splitData 都是一样的（它是 p 的一个属性，即一个固定的值），并且 p.splitData.totalSupply 与 balances[msg.sender] 的值由于函数顺序问题，发生在了转账操作之后，并没有被更新。

paidOut[_account] += reward 更新状态变量放在了问题代码 payOut 函数调用之后。

对 _recipient 发出 .call.value 调用，转账 _amount 个 Wei，.call.value 调用默认会使用当前剩余的所有 gas。

通过上面对重入攻击的分析，我们可以发现重入攻击漏洞的重点在于使用了 fallback 等函数回调自己造成递归调用进行循环转账操作，所以针对重入攻击漏洞的解决办法有以下几种。

使用其他转账函数

在进行以太币转账发送给外部地址时使用 Solidity 内置的 transfer() 函数，因为 transfer() 转账时只会发送 2300 gas 进行调用，这将不足以调用另一份合约，使用 transfer() 重写原合约的 withdraw() 如下：

先修改状态变量

这种方式就是确保状态变量的修改要早于转账操作，即 Solidity 官方推荐的检查-生效-交互模式 (checks-effects-interactions)。

使用互斥锁

互斥锁就是添加一个在代码执行过程中锁定合约的状态变量以防止重入攻击。

使用?OpenZeppelin 官方库

OpenZeppelin 官方库中有一个专门针对重入攻击的安全合约：

https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/master/contracts/security/ReentrancyGuard.sol

参考文献

1. 以太坊的几次硬分叉：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/111446792

2. 以太坊智能合约安全漏洞 (1)：重入攻击：

https://blog.csdn.net/henrynote/article/details/82119116

3.?区块链的那些事 — THE DAO 攻击事件源码分析：

https://blog.csdn.net/Fly_hps/article/details/83095036

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