以太坊智能合约潜在风险
吃瓜围观小分队
发表于 2022-12-4 04:39:32
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对没有经验的人来说,EVM 似乎并没有只发送 ETH 到合约,但不潜在地执行任何合约代码的方法(这样的交易会失败/抛出异常)。但事实上,确实存在比较不为人知的强制合约地址接收 ETH 的方法。
强制接收 ETH 攻击
异常的余额改变并不会影响所有合约,有些时候只会导致合约中 ETH 被锁定而永远无法使用。但有些合约可能会因此完全失效,故需要加入expectedBalance 状态字段,或者添加余额异常处理方法来避免这一问题。
2 W5 q1 ~* L t O; V3 S
人为例子:) Y0 u" m; _ K9 ?" m/ G
pragma solidity 0.4.18;7 X# r- K& D. [2 k% |
contract ForceEther {
bool youWin = false;" R( H# ]- n5 U% H' b
function onlyNonZeroBalance() {4 U/ `; m& c* j
require(this.balance > 0);
youWin = true;3 n3 |: p( n. S/ K
}4 Q/ T4 s7 K: {# Q4 {
// throw if any ether is received
function() payable {
revert();8 C2 x# a# H/ m Q
}/ g. D* S" q6 V4 _+ T
}
另一个看上去更真实的例子:
contract EtherGame { ]$ q# a* N+ P: ^8 G
uint public payoutMileStone1 = 3 ether;
uint public mileStone1Reward = 2 ether;( }+ i' `9 r2 w% ?" N/ ?
uint public payoutMileStone2 = 5 ether;# Z: L; I5 B w3 V( h, g
uint public mileStone2Reward = 3 ether;
uint public finalMileStone = 10 ether; 0 _) D& q! S' d7 b$ U
uint public finalReward = 5 ether;
mapping(address => uint) redeemableEther;
// users pay 0.5 ether. At specific milestones, credit their accounts
function play() public payable {
require(msg.value == 0.5 ether); // each play is 0.5 ether
uint currentBalance = this.balance + msg.value;
// ensure no players after the game as finished
require(currentBalance
// if at a milestone credit the players account4 u; G" K& o7 l7 h3 O* ]
if (currentBalance == payoutMileStone1) {3 X+ j! M3 X; R. C4 `- i. H3 P6 w& P
redeemableEther[msg.sender] += mileStone1Reward;
}
else if (currentBalance == payoutMileStone2) {1 v4 H, m4 G+ P8 u9 H7 G
redeemableEther[msg.sender] += mileStone2Reward;
}& x4 x6 c, C) N% J
else if (currentBalance == finalMileStone ) {
redeemableEther[msg.sender] += finalReward;
}. H) ]* r! D, a- x; q, X9 f5 M
return;
}
function claimReward() public {
// ensure the game is complete- w; m; F4 O. w+ G
require(this.balance == finalMileStone); @- Q! \5 }0 U4 G1 v
// ensure there is a reward to give$ ~) l, M W, }; N) ?/ P/ Y: c
require(redeemableEther[msg.sender] > 0);
redeemableEther[msg.sender] = 0;
msg.sender.transfer(redeemableEther[msg.sender]);: c. H' Z. e0 k* ]5 l2 j
}
}' g; b7 r9 K w- B) }0 z F; r( C) Z
用户每次给合约发送 0.5 ETH,依次达到每个 milestone。攻击者可以强行将ETH发送给该合约,令其超过 finalMileStone 值,从而使合约中的所有资金都被锁定并且无法访问。 当然,这个例子也是人为设计出来的。/ J: G0 Z) S0 o& m; Q
不幸的是,我还无法找到任何现实生活中的例子。不过,如果有目的地把代码隐藏在Solidity合约中,这些类型的漏洞可能会非常狡猾。这种性质的攻击是Underhanded Solidity比赛的第二和第三名获胜者的获胜关键。
强制发送 ETH 到合约
首先介绍一下交易是怎么发生的。假设有如下代码:) F7 K, J+ a- H4 Z1 h
someAddress.transfer(self.balance() / 10);
这段代码有什么作用?
+ L4 l# b; R1 _. I* I
someAddress 可以是非合约地址,这种情况没有合约执行,除标准交易费用外不会消耗任何 gas。这永远不会失败,但也无法保证地址是真实的和可访问的, v! y1 |9 S9 [) p& R) A+ J, q
someAddress 可以是合约地址。合约可以成功交易并消耗足够的 gas 费用。
someAddress 可以是合约地址。合约交易如果失败,费用会返回,但会消费掉所有 gas,并且合约调用交易停止执行。
! Z2 H/ ~4 I6 W" d! _
这看起来还行。如果合约不想收到 ETH,或者只想接收白名单上某些地址、合约的 ETH,那你对其发送 ETH 就会失败。5 n; i I( @( i, _
" b+ {4 V$ |7 L# S" g
然而,若以其他方式发送 ETH 的话,这种安全特性会被完全击破:合约可以在被创建时接收 ETH。然后,合约可以自毁,把它所有 ETH 发送给一个易受攻击的合约,而不用调用任何目标合约的代码。
如果发送者和当前易受攻击的合约能在部署前被提前预测到,可以提前把 ETH 发送到那个地址。矿工/区块创建者能直接将区块奖励的 ETH 发送给任何合约,而不需要执行任何代码。
5 g4 k' d4 ?( H& @8 {
这些虽然都不是常规用法,但它们确实提供了一种方法来将 ETH 发送到合约并完全绕过任何阻止这一行为的代码。
; m. R/ O- K t! ^# c
在没有特殊权限的情况下,能利用起来的唯一方法就是自毁。这个操作只需要你用点 ETH 来创建合约,以及支付额外的 gas 费用。$ w# w$ V" t: B0 E9 P
) A: g! I7 B" f3 _
另一个有趣的方法是在创建合约之前将ETH发送给合约。这样恶意开发者故意在合约代码里放漏洞。这类和合约余额有关的 bug 很难被发现,至少我已知的审核软件都没能明确指出错误,比如require(balance == whatever)。
可以用下面这种代码阻止漏洞:
uint256 expectedBalance = 0;
function () public payable {
expectedBalance+=msg.value;+ ^3 ~' H2 R, U" R0 [2 \8 s& t
}2 {/ b: d/ |# F: ^7 h
$ y2 I8 V; L9 ?9 J$ `
现在我们只用.transfer() 给它发送一些ETH
VM Exception while processing transaction: out of gas
因为我们现在必须读写一个状态变量,这要昂贵得多。默认的 gas 费用是2300 gas。读取一个状态变量需要200 gas,并且写一个已经存在的变量需要 5000 gas(如果之前不存在则需要20,000 gas)2 y- t% q% m3 Z% g
所以,需要用下面代码:% Z% Y- V( R5 V& W
someAddress.transfer.value(whatever).gas(7000); //just a guess8 v e+ j: r! n- _2 }
大多数合约在交易时使用默认gas,但这里不是默认情况...不过,仔细考虑这个问题,既然我们需要更多 gas,我们可以写个更有趣的 payable 函数:
function () public payable{, [; P5 k( ]3 F s: g' j& ]
sender.call(....);
}/ M8 Z. b* ]/ y1 `
所以现在为了处理所调用合约的异常的余额改变问题,我们将合约暴露到一个全新形式的攻击下。默认值为2300只能调用一个非常小的外部函数,它不进行状态修改操作,基本上只能生成一个LOG。
. ^5 k1 r# O3 [9 z% S
既然我们已经增加 gas 使得合约可以读取和存储状态,那么这个合约现在也有足够的 gas 来调用之前调用它的合约,于是就可能导致重入攻击(reentrancy attack)。我不会详细介绍所有细节,但基本上它需要一个非常谨慎的合约设计来防止这个“功能”的 bug,并且唯一100%处理掉它的方法是 gas 费用低到不能进行状态修改。没有100%的方法知道当前的合约执行是不是可重入的,EVM 并未公开这类信息。
) {0 \- P6 z! ~
总结
对我来说,这部分 EVM 设计毫无意义。正常接受资金需要获得批准,这似乎被说成是一种安全功能,同时却有清晰且有记录的方法来绕过它,所以它没有提供任何安全性方面的价值。% z( a0 T0 F! M
7 Q' t8 M; [8 w! g% t5 ?1 c
此外,如果你想减少交易费用,那么这些方法在很大程度上是你无法访问的,它们只对攻击者有用。理论上,如果你只想将代币只发送到合约,而不关心合约的执行,gas 成本应该便宜33%。: y' t1 w9 c( Y" }" H# r7 u9 y
# Z, I! c8 V% X1 j1 O
为什么EVM没有暴露这样类似的方法呢?从历史上看,这种意外行为导致了许多合约DoS攻击和漏洞。幸运的是,Solidity让这些类型错误更难以出现。但显然它不能完全解决安全方面的问题,更不用说经济方面了。7 w. r" X6 n% }! H: ?1 v* O
如果希望跟踪合约中确切的预期余额,那么需要支付比平常更多的 gas 并使用非标准接口,这实际上会带来更多的风险,比如重入攻击。/ @( s% s: w/ B8 B! u) l1 Y! X6 q
U& E' r! x: F, J' u& ^
我们可能永远不会知道为什么EVM这样设计,但这一问题将在 Qtum x86VM 中得到解决。将来会有一种在不执行合约的情况下向合约发送 QTUM 的方法,而且它比实际执行合约更加便宜。
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