智能合约安全审计入门篇 : 重入漏洞

背景概述

看了一个关于学习solidity的站，里面讲了关于solidity智能合约的很多漏洞，考虑到现在针对智能合约的攻击事件频频发生，不法分子盗取的加密资产越来越多，我就想写一些与智能合约安全审计相关的文章给想了解智能合约安全审计的入门者阅读，让一些对智能合约安全审计感兴趣的初学者可以学到如何识别一些常见的漏洞和如何利用这些漏洞去做什么事情。这次我们就一起先看一个很经典的漏洞——?重入漏洞。

前置知识

重入漏洞相信大家都有所耳闻了，那么什么是重入漏洞呢？

以太坊智能合约的特点之一是合约之间可以进行相互间的外部调用。同时，以太坊的转账不仅仅局限于外部账户，合约账户同样可以拥有以太并进行转账等操作，且合约在接收以太的时候会触发fallback函数执行相应的逻辑，这是一种隐藏的外部调用。

Curve Finance已上线智能合约平台Moonbeam Network:2月14日消息，据官方推特，去中心化交易平台Curve Finance宣布已在Polkadot上与以太坊兼容的智能合约平台Moonbeam Network启动。[2022/2/15 9:51:30]

我们先给重入漏洞下个定义：可以认为合约中所有的外部调用都是不安全的，都有可能存在重入漏洞。例如：如果外部调用的目标是一个攻击者可以控制的恶意的合约，那么当被攻击的合约在调用恶意合约的时候攻击者可以执行恶意的逻辑然后再重新进入到被攻击合约的内部，通过这样的方式来发起一笔非预期的外部调用，从而影响被攻击合约正常的执行逻辑。

漏洞示例

好了，看完上面的前置知识我相信大家对重入漏洞都有了一个大致的了解，那么在真实的环境中开发者写出什么样的代码会出现重入漏洞呢，下面我们来看一个比较典型的有重入漏洞的代码:

美国爱荷华州批准参议院541号文件，允许使用分布式账本技术和智能合约:美国爱荷华州批准参议院541号文件，允许使用分布式账本技术和智能合约。该文件将促进电子交易，使电子记录、签名和合同得到法律承认。它将允许使用“分布式账本技术”（区块链技术），提供由一台或多台计算机统一和冗余维护的交易电子记录，以保证交易的一致性。（The Gazette）[2021/3/30 19:28:21]

漏洞分析

以太坊钱包Gnosis Safe Multisig推出智能合约交互功能:非托管以太坊钱包Gnosis Safe Multisig推出一个前端“智能合约交互（Contract Interaction）”功能，允许用户直接与以太坊智能合约进行交互。Gnosis表示该功能旨在提高使用智能合约的灵活性，并允许以太坊智能合约和应用程序直接交互，并支持尚未添加到Gnosis界面中智能合约，例如用户可以使用该功能与ENS交互并定义部分参数。Gnosis同时表示宣布推出桌面版钱包，并“增加额外的安全性”。[2020/5/20]

看到这里大家可能会有疑惑了，上面的代码就是个普通的充提币的合约，凭什么说他有重入攻击呢？我们来看这个合约的withdraw函数，这个函数中的转账操作有一个外部调用，所以我们就可以认为这个合约是可能有重入漏洞的，但是具体能否产生危害还需要更深入的分析：

动态 | 1inch团队：bZx拒绝停止智能合约并打算隐藏整个事件:加密货币兑换聚合器公司1inch.exchange官方推特今日发布详述其与bZx团队接触过程的文章，文中提到，1月11日，bZx的Fulcrum平台在以太网上发布其FlashFlash贷款功能，我们发现其中有一笔交易可能会窃取3个池中的250万美元用户资金。于是向Fulcrum提供了指向黑客证明交易的链接，希望他们能够立即停止其智能合约。但Fulcrum方拒绝了，他们认为在构建和排队补丁的过程中，有必要冒着用户资金损失的风险，以避免造成负面关注。Fulcrum团队还试图用35000美元使我们沉默并隐藏整个事情。对此，bZx联合创始人Kyle Joseph Kistner在推特上留言称，1inch团队威胁了我们。随后1inch回应称，我们并没有行威胁之事，我们只是说你不应该在截图上公开我们的照片和名字，否则我们有办法阻止。[2020/2/21]

1.所有的外部调用都是不安全的且合约在接收以太的时候会触发fallback函数执行相应的逻辑，这是一种隐藏的外部调用，这种隐藏的外部调用是否会造成危害呢？

独家 | 新增翻版Fomo3D智能合约“剪刀石头布”Jan Ken Pon:第三方大数据评级机构RatingToken最新数据显示，2018年8月8日全球共新增757个合约地址，其中177个为代币型智能合约。据RatingToken团队发布的“新增代币型智能合约风险榜”，Jan Ken Pon(JKP)、Opporty(OPP)和bank(BANK)风险最高，检测得分分别为1.97、2.80和2.80，其中Jan Ken Pon在日语中意为“剪刀石头布”，是类Fomo3D游戏，存在14个安全风险。其他登上该风险榜TOP10的还包括Debt Coins(DEBT)、APAY(APAY)、RUBBER(REC)、RIGACOIN(RIGA)、dodgers(DOD)、MudToken(MUD)和SuperstartupX(SSX)。如需查看更多智能合约检测结果，请查看原文链接。[2018/8/9]

2.我们可以看到在withdraw函数中是先执行外部调用进行转账后才将账户余额清零的，那我们可不可以在转账外部调用的时候构造一个恶意的逻辑合约在合约执行balance=0之前一直循环调用withdraw函数一直提币从而将合约账户清空呢？

下面我们看看攻击者编写的攻击合约中的攻击手法是否与我们的漏洞分析相同：

攻击合约

我们看到EtherStore合约是一个充提合约，我们可以在其中充提以太。下面我们将利用攻击合约将EtherStore合约中用户的余额清零的：

这里我们将引用三个角色，分别为：

用户：Alice，Bob

攻击者：Eve

1.部署EtherStore合约；

2.用户1和用户2都分别将1个以太币充值到EtherStore合约中；

3.攻击者Eve部署Attack合约时传入EtherStore合约的地址；

4.攻击者Eve调用Attack.attack函数，Attack.attack又调用EtherStore.deposit函数，充值1个以太币到EtherStore合约中，此时EtherStore合约中共有3个以太，分别为Alice、Bob的2个以太和攻击者Eve刚刚充值进去的1个以太。然后Attack.attack又调用EtherStore.withdraw函数将自己刚刚充值的以太取出，此时EtherStore合约中就只剩下Alice、Bob的2个以太了；

5.当Attack.attack调用EtherStore.withdraw提取了先前Eve充值的1个以太时会触发Attack.fallback函数。这时只要EtherStore合约中的以太大于或等于1Attack.fallback就会一直调用EtherStore.withdraw函数将EtherStore合约中的以太提取到Attack合约中，直到EtherStore合约中的以太小于1。这样攻击者Eve会得到EtherStore合约中剩下的2个以太币。

下面是攻击者的函数调用流程图：

修复建议

看了上面的攻击手法相信大家对重入漏洞都会有一个自己的认知，但是只会攻击可不行，我们的目的是为了防御，那么作为开发人员如何避免写出漏洞代码还有作为审计人员如何快速发现问题代码呢，下面我们就以这两个身份来分析如何防御重入漏洞和如何在代码中快速找出重入漏洞：

作为开发人员

站在开发者的角度我们需要做的是写好代码，避免重入漏洞的产生。

1.写代码时需要遵循先判断，后写入变量在进行外部调用的编码规范；

2.加入防重入锁。

下面是一个防重入锁的代码示例：

作为审计人员

作为审计人员我们需要关注的是重入漏洞的特征：所有涉及到外部合约调用的代码位置都是不安全的。这样在审计过程中需要重点关注外部调用，然后推演外部调用可能产生的危害，这样就能判断这个地方是否会因为重入点而产生危害。

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