研报丨硬核解析智能合约漏洞原理

撰文：Chen?Bo?Yu、Hsu?Tzu?Hsiu

智能合约基础介绍

在探讨智能合约漏洞解析之前，我们先从一个基本的范例来了解一个智能合约会具备哪些元素。

●?变数：即此范例中的balances，在这个合约中负责存储使用者地址在合约中对应的存款余额

●?函数：即此范例中的getBalance，使用者呼叫此函数时，会回传使用者在合约中的存款余额

●?接收函数：即此范例中的receive，这是一个内建的函数。当合约收到使用者传入ETH且无呼叫其他函示时会触发，此范例在触发接收函数时，会变更变数balances的状态，而函数中的msg.sender代表的是交易的发送者地址

●?回退函数：即此范例中的fallback，这也是一个内建的函数。当使用者呼叫了不存在的函数时触发，可以理解为例外处理函数。在此范例中，触发时把交易回退，亦即让交易失效。

常见漏洞解析

了解问题发生的原因，并且归纳问题的类别可以帮助我们更好的防范。DASP收录了十种智能合约漏洞，下面我们整理了其中最常见的合约漏洞以及新型态的攻击模式。

1.重入漏洞

研报：HT有望成为加密货币世界“新十年”核心资产:7月28日，据研究报告《下注加密新十年核心资产：通缩的生息资产HT》指出，以HT为代表的一系列币种，已经良好地具备在加密货币世界新十年成为“核心资产”的条件。HT的生态具有高规格的价值注入，使其能够在每年高速通缩的情况下，兼具生息的特点。

经过测算，在未来5年，HT很可能在目前基础上实现每年4%~12%的通缩，则5年后HT保守预测可能仅剩约1.2亿枚，是目前的61%。同时，HT持有者能够获取一个很有竞争力的生息增长，保守估计每年高达18.5%左右。因此，它将成为加密货币世界新十年最值得下注的新的核心资产。[2020/7/28]

重入漏洞是最著名的智能合约漏洞，先前提到TheDAO事件中也是为此原因而被骇客攻击，该漏洞原理是通过循环调用一个函数而达到攻击目的。

这边展示的是一个简单的提款函数，让使用者可以根据合约里的余额取走存款。可以注意到的是，当这个函数的调用者为一智能合约的时候，提款操作将会触发该智能合约的receive函数，并把剩余的gas传入。而此时还未把使用者在原先智能合约中记录的余额归零，攻击者即可在receive函数里再次调用withdrawBalance函数，并通过余额状态尚未修改的漏洞达到重复取款的目的，直到gas耗尽或合约被掏空。

动态 | 海南成立国际知识产权交易中心 研报建议引进区块链技术:据科技日报今日消息，12月28日，海南成立国际知识产权交易中心。海南国际知识产权交易中心发布《关于在海南试行知识产权定向税收优惠及人民币自由汇兑政策的建议》等研究报告。研究报告建议指出，引进区块链技术，在知识产权登记、交易、清算、存证等方面探索适合自贸港经济发展的创新模式。[2019/12/29]

攻击流程图展示

防范方式也很简单，只要先把智能合约纪录的余额做清空，再做转帐动作，即可避免攻击发生。

2.整数溢位漏洞

在以太坊智能合约中，uint256是常见的整数型别，这意味着此变数可以储存的整数范围为0～2^256-1，存储上限大约是一个78位数的值，你可能会觉得这个数已经够大了，但它仍然可被用来达成溢位，也就是说当一个变数的值为2^256-1，而对这个变数的值又再进行加一的操作时，他的值会因为超过存储上限而变为0。要避免此漏洞，我们需要在整数运算前针对整数的范围去做检查，并在侦测到溢位运算时即时抛出异常。

声音 | 中信证券研报∶监管完全拥抱数字货币似乎并未意味着利好:中信证券明明研究团队最新报告指出，监管升级毫无疑问对目前的数字货币是较大的利空，但是监管完全拥抱数字货币似乎也并未意味着利好。如果投资者非常看好虚拟货币的前景，那么大概率后续还会推出清算、保密机制更加完善的升级版，若各国监管部门也看好虚拟货币前景而推出自己的数字货币，那对于现在的诸多数字货币而言，很难判断究竟是利好还是利空。作为高风险资产，数字货币受全球金融市场避险情绪上升影响而价格下跌。[2018/12/6]

3.阻断服务攻击

智能合约服务中断是一个严重的问题，因为有些漏洞造成的服务中断是永久性的，无法恢复。攻击原理包括了：意外执行SELFDESTRUCT指令、访问控制权限出错、Gaslimit达到区块上限使合约无法正常运作、以及我们这边展示的利用异常抛出，造成合约永久性瘫痪。

这是一个简单的拍卖合约示例，出价高者可以成为currentLeader，并记录该次竞标出价为highestBid，同时把先前的出价金额还给前一个竞标领先者。攻击者可以部署一个智能合约，在正常出价后让该合约成为currentLeader，并在合约内负责收款的receive函数中使用revert函数来抛出异常，让交易失效。当其他使用者想出价竞标时，会因为合约无法转钱给currentLeader，而造成交易失败，拍卖合约的功能也因此永久失效，攻击者得以赢下此次的拍卖竞标。

动态 | 币安研究院项目研报中文版上线:今日，币安研究院（Binance Research）项目研报中文版正式上线。据悉，中文版研报是由中文区区块链爱好者发起并承担翻译工作，经社群与官方共同完成。[2018/11/29]

攻击者合约示例

4.?Txorigin漏洞攻击

当开发者利用solidity中内建的tx.origin变数来验证权限时，会让攻击者有攻击的机会。在进入示例之前，须先了解tx.origin返回的是原始发送交易的地址，而msg.sender返回的是当前交易的发送者。以下示意图情景为：

用户A呼叫了合约B内部的函数，并在函数内又再呼叫了合约C。可以观察tx.origin与msg.sender的差异。

芝商所研报：比特币供应严重欠缺弹性，无弹性供应将导致波动加剧:芝商所经济学家Blu Putnam、Erik Norland发布最新研报称，比特币供应严重欠缺弹性，而且与商品一样，无弹性供应将导致波动加剧；比特币算法问题的“难度”与其价格形成反馈环路，“难度”是左右价格的主要因素，但价格也会影响“难度”；交易量可能影响价格走势，交易成本上升对比特币来说意味着风险。[2018/5/8]

接下来来看看实际的攻击场景，上图智能合约中的sendTo函数必须符合tx.origin与owner相等的条件才会被执行，但是攻击者可以通过下图的智能合约，利用上述提过tx.origin与msg.sender的差异，巧妙地绕过验证，并触发sendTo函数。具体细节是当攻击者诱导上图合约的owner去触发了下图合约的fallback函数时，若攻击合约在fallback函数内去调用sendTo函数，就可以得到owner的权限去执行。

5.未适当处理externalcall的回传值

在智能合约中，使用到低层级调用函数指令时，如：address.call()、address.callcode()、address.delegatecall()?和address.send()等等，如果调用失败并不会抛出异常，仅会回传调用结果的布林值，合约将能继续往下执行。若未对调用结果的回传值做检查，可能将会使智能合约无法正常运作。

我们以一个简单的取款函数作为示例，当使用一合约呼叫上图的withdraw函数，且若该合约不能接收ETH转入时，会造成呼叫方无法收到ETH，但因合约会继续往下执行，导致其在合约中balances的状态纪录被改变。修正写法如下：

6.?短地址攻击

此攻击手法大多出现在ERC-20智能合约中，须先了解到，当我们呼叫一个函数时，在EVM里实际上是在解析一堆ABI字符。而一般ERC-20标准的代币都会实现用来转帐的transfer函数，当我们调用transfer函数时，交易的调用内容由3个部分组成：

●4字节，函数名的哈希值，例如：a9059cbb

●32字节，以太坊地址，例如：

00000000000000000000000011223344556677889900aabbccddeeff11223344

●32字节，代表需要转送的代币数量：

0000000000000000000000000000000000000000000000000de0b6b3a7640000

若攻击者地址为：0x1234567890123456789012345678901234567800，且在呼叫transfer时刻意舍去尾数零，若合约内没有对内容格式做检查，EVM读取时会从第三个参数的高位拿00来补充，这将造成实际想要转送的代币数量缺少一个字节，即向左移位了8个比特，数值瞬间扩大256倍，攻击者成功盗取代币合约中的代币。

7.闪电贷攻击

闪电贷，顾名思义就是快速贷款，那这个速度有多快呢？官方的解释是，贷款发行和偿还的交易必须在以太坊上同一个区块内完成。可以说闪电贷是一种借助于区块链技术的颠覆式创新，它与传统的借贷有两个主要的差别，一个是它无需抵押品，第二个是它要求要在执行借出的同一笔交易中执行还款操作，因此对于出借资金的那方来说是不用承担违约风险的，因为只有当区块链上借贷方执行的借出与还款操作都确实被执行了，这笔交易才有效。也就是说我们可以设计一个智能合约来借出资金，接着执行一些资金操作，最后在将资金归还，而这些操作都会在同一笔交易中完成。这就给黑客们带来了利用闪电贷发动攻击的机会，因为它大大的降低了黑客的攻击成本，近期在DeFi领域的多数攻击都是使用闪电贷来实现，主要都是黑客通过借出的巨额资金来对协议制造价差并从中套利，还款后再带着不当获利逃之夭夭。我们从bZx攻击事件来了解黑客的攻击思路：

1.?黑客通过闪电贷从去中心化数字资产衍生交易平台dYdX借出了一万枚ETH

2.?使用其中的5000枚ETH抵押在去中心化借贷平台Compound以借出112枚wBTC

3.?剩下的的5000枚ETH到去中心化借贷平台bZx上开了wBTC的空单

4.?用借出的112枚wBTC到去中心化交易所Uniswap砸盘，让wBTC价格快速下跌

这一系列操作让黑客在bZx上开的空单仓位大赚，接着归还闪电贷借出的一万枚ETH，并在这个过程中获得了价值35万美元的收益。此次攻击的主要原因是因为Uniswap的价格的剧烈变化最终导致资产的损失，这本该是正常的市场行为，但是黑客通过恶意操纵市场，使项目方造成损失。bZx合约被操纵一事，开始让闪电贷进入了更多开发者的视线，一方面许多聪明的开发者开发出了全新的去中心化金融应用，同时也让开发者更为警惕可能的逻辑攻击。

结论

智能合约的运作为被动的，所有的合约动作均须由使用者发起交易、呼叫合约中的函数函数才会执行动作，而合约执行基于区块链的特性是不可逆的，且当合约部署上区块链后，所有资料都是公开透明的，即便代码不开源，也可利用反组译工具回推合约内容。因此，开发者需熟悉漏洞原理并避免之，使用者也应了解合约安全议题，维护自身权益。

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