以太坊智能合约潜在风险 - 区块链技术 - BitMere

最近作者一直在思考 EVM 和 Solidity 对不可支付合约(non-payable contracts)的错误概念，以及其可能蕴含的针对智能合约的攻击(attack vectors)，该类型攻击在现有 EVM 中几乎不可修复。EVM 是以太坊、Qtum 量子链和其他一些区块链合约运行的基础。基本上写 Solidity 代码就等同于使用 EVM。这篇文章只以以太坊（ETH) 为例，不过该问题同样适用于用 QTUM 等所有兼容 EVM 的项目。

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。

人为例子：
pragma solidity 0.4.18;
contract ForceEther {
bool youWin = false;
function onlyNonZeroBalance() {
   require(this.balance > 0);
   youWin = true;
}
// throw if any ether is received
function() payable {
revert();
}
}
另一个看上去更真实的例子：
contract EtherGame {
uint public payoutMileStone1 = 3 ether;
uint public mileStone1Reward = 2 ether;
uint public payoutMileStone2 = 5 ether;
uint public mileStone2Reward = 3 ether;
uint public finalMileStone = 10 ether;
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 account
   if (currentBalance == payoutMileStone1) {
         redeemableEther[msg.sender] += mileStone1Reward;
   }
   else if (currentBalance == payoutMileStone2) {
         redeemableEther[msg.sender] += mileStone2Reward;
   }
   else if (currentBalance == finalMileStone ) {
         redeemableEther[msg.sender] += finalReward;
   }
   return;
}
function claimReward() public {
   // ensure the game is complete
   require(this.balance == finalMileStone);
   // ensure there is a reward to give
   require(redeemableEther[msg.sender] > 0);
   redeemableEther[msg.sender] = 0;
   msg.sender.transfer(redeemableEther[msg.sender]);
}
}
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。

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：
someAddress.transfer(self.balance() / 10);
这段代码有什么作用？

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
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。

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。

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。

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。

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。

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;
}

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）
所以，需要用下面代码：
someAddress.transfer.value(whatever).gas(7000); //just a guess
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{
sender.call(....);
}
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。

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。

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。

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％。

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。

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。

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。