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。

广东金融创新研究会常务理事：智能合约的安全隐患与三个因素有关:金色财经报道，3月21日，《佟掌柜的朋友们-深圳海外专场》顺利举办，中山大学区块链与智能中心客座研究员，广东省金融创新研究会常务理事谭粤飞发表了“小白用户如何读懂审计报告”的主题演讲。谭粤飞表示，从去年的10月到今年的3月，6个月的时间，每一个月都有一个知名的DeFi项目受到攻击，这足以说明安全领域的隐患有多么的大。为什么在这个领域智能合约的安全会有这样的隐患。这实际上是和三个非常重要的因素有关的。

1.智能合约本身的运行机制。智能合约之所以产生的危害是如此之大， 和合约本身的运行机制有关：无法篡改、部署和执行不可逆、开源。

2.区块链技术的特点。第二个和区块链技术的特点有关，交易的匿名和交易不可逆。尤其近来随着混币应用比如Tornado Cash等的诞生更加给交易的追踪带来了障碍。

3.另外是智能合约应用的社会约束，现有的法律法规缺乏对数字资产的保护；现有的法律法规缺乏对区块链应用的约束和规范。更多详情见原文链接。[2021/3/21 19:04:56]

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。

现场 | Gavin Wood：polkadot已经超越以智能合约为中心的区块链系统:金色财经现场报道，由Web3基金会主办的Web3大会10月29日在上海举行。Parity和 Polkadot创始人、Web3 基金会主席林嘉文在会上发表主旨演讲表示，以太坊并没有真正实现图灵完备。以太坊是纯链上操作模式，节点、矿工、智能合约均在链上，受到各种可消耗资源约束，同时还有其他问题。基于substrate的polkadot已经超越以智能合约为中心的区块链系统，企业级应用越来越适合使用polkadot。[2020/10/29]

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:

BSN与边界智能合作集成IRITA框架以支持互操作性及跨链:由于国家信息中心牵头，联合中国移动、中国银联等单位发起的区块链服务网络（Block-chain-based Service Network，BSN）的首席架构师、红枣科技CTO 马晓军在接受采访时表示，BSN在异构区块链间的跨链机制的实现方面，将与边界智能合作研究将其IRITA框架集成到BSN，以支撑开发者的应用链之间的跨链访问与互操作。据此前报道，IRITA是边界智能上线并开源自研的联盟链产品，全称为「跨域行业互信联盟产品」（Inter-Realm Industry Trust Alliance），是Cosmos生态中首个企业级联盟链产品，基于现代区块链技术框架Tendermint和IRIS SDK[2020/6/8]

漏洞分析

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 | Zilliqa宣布在其平台推出智能合约:据coindesk报道，Zilliqa宣布在其平台上推出智能合约。开发人员可以使用该项目的功能智能合约语言Scilla在Zilliqa区块链上编写和部署智能合约。Zilliqa总裁兼首席科学官Amrit Kumar表示，这种语言在语言层面上具有更高的安全保障。[2019/6/11]

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？

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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