Poly Network攻擊關鍵步驟深度解析_HAI

前言

北京時間2021年8月10日，跨鏈橋項目PolyNetwork遭遇攻擊，損失超過6億美金。雖然攻擊者在后續償還被盜數字貨幣，但是這仍然是區塊鏈歷史上涉及金額最大的一次攻擊事件。由于整個攻擊過程涉及到不同的區塊鏈平臺，并且存在合約以及Relayer之間的復雜交互，對于攻擊的完整過程和漏洞的根本原因，現有分析報告并未能梳理清楚。

整個攻擊分為兩個主要階段，包括修改keeper簽名和最終提幣。對于第二階段，由于keeper簽名已經被修改，因此攻擊者可以直接構建惡意提幣交易，具體可以參見我們之前的報告。然而對于修改keeper簽名的交易是如何最終在目標鏈執行的，目前并沒有詳細的文章闡明。而這一步是攻擊的最核心步驟。

本報告從修改keeper簽名交易入手(Ontology鏈上交易0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，分析了背后的原理和漏洞的本質。我們發現以下幾個原因是Keeper能被修改的原因：

源鏈上(Ontology)的relayer沒有對上鏈的交易做語義校驗，因此包含修改keeper惡意交易可以被打包到polychain上

目標鏈上(以太坊)上的relayer雖然對交易做了校驗，但是攻擊者可以直接調用以太坊上的EthCrossChainManager合約最終調用EthCrossChainData合約完成簽名修改

攻擊者精心夠著了能導致hash沖突的函數簽名，從而調用putCurEpochConPubKeyBytes完成對簽名的修改

區塊鏈游戲Synergy Land將遷移至Polygon:金色財經報道，目前正在開發的 web3 動作角色扮演游戲 Synergy Land 宣布將從 Solana 區塊鏈轉移到 Polygon。為了協助 Synergy Land 的遷移，Polygon 表示已經聘請了 Xternity，該公司旨在簡化將游戲玩家加入 web3 平臺的過程，其產品和服務包括用于存儲游戲內資產的加密錢包。該公司在一份聲明中表示，希望在今年第一季度末完成“初始游戲發售”。游戲的開發由 25 名員工組成的團隊管理。[2023/1/17 11:17:11]

涉及交易和合約

整個過程中的交互流程如下：

Ontology交易->OntologyRelayer->PolyChain->EthereumRelayer->Ethereum

以太坊

0x838bf9e95cb12dd76a54c9f9d2e3082eaf928270:EthCrossChainManager

0xcf2afe102057ba5c16f899271045a0a37fcb10f2:EthCrossChainData

0x250e76987d838a75310c34bf422ea9f1ac4cc906:LockProxy

0xb1f70464bd95b774c6ce60fc706eb5f9e35cb5f06e6cfe7c17dcda46ffd59581:修改keeper的交易

Polkadot Hackathon: North America 公布黑客松獲勝項目:9月18日消息，波卡公布 Polkadot Hackathon: North America 的獲勝項目，大將獲得項目為 XCM DOT Autostake，獎金 3 萬美元。此外，DAO 和治理類別中 Diora Network、Rooster DAO、Shivarthu 獲得前三名，DeFi 類別中 RoboFi、Polkadot Acala aUSD Credit Card、Humidefi 獲得前三名，界面和體驗類別中 Moonbridge、Subsocial Substrate StackExchange、Polkadot Point of Sale Terminal 獲得前三名，NFT 類別中 KodaDot:Moonsamal、Sociable Weaver、Ventur NT-NFT Pallet 獲得前三名。[2022/9/18 7:04:32]

Ontology

0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c:修改keeper的交易

Poly

0x1a72a0cf65e4c08bb8aab2c20da0085d7aee3dc69369651e2e08eb798497cc80:修改keeper的交易

攻擊流程

整個攻擊大致可以分為三個步驟。第一個步驟是在Ontology鏈生成一條惡意交易(0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，第二個步驟是修改以太坊EthCrossChainData合約中的keeper簽名，第三個步驟構造惡意交易發起最終攻擊和提幣。

隱私保護支付協議Umbra上線Polygon:官方消息，以太坊區塊鏈上的隱私保護支付協議Umbra宣布上線Polygon。[2021/12/10 7:31:17]

步驟一

攻擊者首先在Ontology發起了一筆跨鏈交易，里面包含了一個攻擊payload:

可以看出交易包含了精心設計的函數名，目的在于通過造成哈希沖突的方式調用putCurEpochConPubKeyBytes函數。關于哈希函數沖突的細節在網絡上已有很多討論，可以參考.

隨后，該筆交易被OntologyRelayer接收，注意這里并沒有很嚴格的校驗。該交易會通過Relayer在PolyChain成功上鏈。EthereumRelayer會感知到新區塊的生成。

然而，這筆交易被EthereumRelayer拒絕了。原因在于EthereumRelayer對目標合約地址有校驗，只允許LockProxy合約作為目標地址，而攻擊者傳入的是EthCrossChainData地址。

因此，攻擊者攻擊之路在此中斷。但如前所述，包含惡意payload的攻擊交易已經在PolyChain成功上鏈，可被進一步利用。

步驟二

攻擊者手動發起交易，調用EthCrossChainManager合約中的verifyHeaderAndExecuteTx函數，將之前一步保存在PloyChain區塊中的攻擊交易數據作為輸入。由于該區塊是polychain上的合法區塊，因此可以通過verifyHeaderAndExecuteTx中對于簽名和merkleproof的校驗。然后執行EthCrossChainData合約中的putCurEpochConPubKeyBytes函數，將原本的4個keeper修改為自己指定的地址。

PlatON與ChainX、PolkaWorld達成全方位戰略合作:金色財經報道，全球隱私計算網絡與分布式經濟體基礎設施PlatON宣布與ChainX、PolkaWorld達成全方位戰略合作。

ChainX是基于Substrate框架開發且最早上線的項目，致力于比特幣Layer2拓展、數字資產網關及波卡2級中繼鏈的研究與應用，主網已經上線并平穩運行1年半。PolkaWorld是中國最大的polkadot社區之一，擁有完善的社區資源和較大的行業影響力。

此次PlatON與ChainX、PolkaWorld將從應用生態、節點建設、社區運營、技術合作等維度進行全方位的合作，ChainX也將作為PlatON與Polkadot生態之間的一座橋梁，助力兩大生態實現互融互通。

同時，PlatON還將與ChainX共同探討共同創辦孵化器，專注PlatON生態項目孵化，從資金、技術、社區全方位支持生態項目的建設，ChainX、PolkaWorld也針對目前社區熱議的PlatON應用生態圖譜給予專業的建議，通過應用生態圖譜，明確PlatON未來的戰略方向與實現路徑，通過孵化器，發掘為生態添磚加瓦的團隊/開發者，形成良性循環，共建繁榮穩定的PlatON生態藍圖。[2021/3/12 18:39:13]

步驟三

在keeper被修改之后，攻擊者直接調用目標鏈上的verifyHeaderAndExecuteTx函數,最終調用至Unlock函數，大量地轉移資金，給項目方帶來了嚴重的損失。具體的攻擊細節可參考我們之前的報告。

Polychain Capital加密對沖基金整體回報率可達1332.3%:一份投資者文件顯示，Polychain Capital的加密貨幣對沖基金在2016年的年回報率為2.7%，而2017年的年回報率為2278.8%。隨后，該指數在2018年暴跌60.4%，并在2019年（截至11月）飆升至56.1%。這種過山車式的變化象征著加密投資者都深諳的市場劇烈波動，其表現完全脫離了常識和常規市場。文件指出，在該對沖基金生命周期內持有資金的投資者將凈賺1332.3%，因此較長期的展望可能抵消增加的風險。彭博全球對沖基金指數顯示，2018年非加密貨幣對沖基金的整體回報率為5.9%，2016年、2017年和2019年分別為4.0%、9.2%和9.0%。不屬于加密貨幣領域的領先對沖基金在其整個周期中可獲得15%至35%的收益。Polychain Capital對此拒絕置評。回報能否實現，取決于Polychain Capital的投資者——包括著名風險投資公司Andreessen-Horowitz、Founders Fund、紅杉資本（Sequoia Capital）和Union Square Ventures——何時存取資金。（CoinDesk）[2020/3/30]

Relayer代碼分析

在本攻擊過程中，Ontology方和以太坊方均有Relayer負責將來自Ontology的交易在polyChain上鏈，以及將polychain上的交易放到以太坊。這兩個Relayer是由Go語言實現的服務進程。

然而我們發現，這兩個Relayer都缺乏有效的校驗。這導致

攻擊者可以在Ontology構造一條惡意的跨鏈交易，并且成功打包到polychain上。

雖然在以太坊的Relayer具有校驗功能，但是攻擊者可以直接同以太坊上的鏈上合約進行交互，直接執行惡意的函數。

OntologyRelayer完全信任來自Ontology上的跨鏈交易

PolyNetwork的?ont_relayer(https://github.com/polynetwork/ont-relayer)?負責監聽Ontology鏈上的跨鏈交易并將其打包入傳入PolyChain.

注：

在OntologyRelayer中，Side指OntologyChain;Alliance指PolyChain.

CrossChainContractAddress是Ontology鏈上原生編號為09的智能合約.

上圖中，OntologyRelayer啟動時開啟三個Goroutines分別負責監聽OntologyChain和PolyChain的跨鏈交易，以及對PolyChain上的跨鏈交易做狀態檢查。在本報告中，我們只關注69行的監聽Side的代碼邏輯。

在上圖中，OntologyRelayer調用Ontology鏈提供的RPC接口（第215行，調用SDK函數GetSmartContractEventByBlock)獲取區塊中觸發的智能合約事件;然后在第228和232行表明OntologyRelayer只監聽OntologyChain上由CrossChainContractAddress觸發的makeFromOntProof事件;

上圖中，在處理OntologyChain上的跨鏈交易時，OntologyRelayer總共做了五次校驗，分別是兩次向OntologyChain發送的RPC請求校驗(check1和check4),以及三次參數是否為空的校驗(check2,check3,和check5)。這五次校驗都屬于常規校驗，并未對來自OntologyChain上的跨鏈交易做語義上的校驗;第167和171行取出了在目標鏈上執行所需要的交易參數信息;第183行向PolyChain發送交易;

OntologyRelayer在構造了PolyChain上的交易后便向PolyChain發起RPC請求發送交易（第164行，函數調用SendTransaction);

這個名為ProcessToAliianceCheckAndRetry的Goroutine也僅僅是做了重發失敗交易的工作，仍然未對來自OntologyChain上的跨鏈交易做任何語義上的校驗。

至此，我們可以看出ont-relayer監聽所有來自OntologyChain由CrossChainContractAddress觸發的makeFromOntProof事件，并未對其做任何語義上的校驗，便向PolyChain轉發了交易。而任何人向Ontology發送的任何跨鏈交易都會觸發CrossChainContractAddress的makeFromOntProof事件，所以OntologyRelayer會將所有來自Ontology上的跨鏈交易都轉發到Polychain上。

EthereumRelayer中的無效校驗

EthereumRelayer?負責監聽PolyChain并將目標鏈為Ethereum的跨鏈交易轉發到Ethereum上。

EthereumRelayer啟動一個Goroutine來監控PolyChain;

EthereumRelayer監聽所有PolyChain上目標鏈為Ethereum的跨鏈交易;EthereumRelayer會校驗跨鏈交易的目標合約是否為config.TargetContracts中指定的合約之一，如果不是則不會發送這筆跨鏈交易到Ethereum上。

雖然EthereumRelayer對PolyChain上的跨鏈交易做了部分校驗，比如限制了目標合約，但是與PolyChain不同，任何人都可以向Ethereum上的EthCrossChainManager合約發送交易。換句話說，EthereumRelayer在這里做的校驗沒有實際的意義，只要包含惡意payload的跨鏈交易被成功打包進了PolyChain,那么任何人都可以直接使用已經打包好的區塊數據將payload發送到以太坊EthCrossChainManager合約并執行。

攻擊者正是利用了上述兩個缺陷，完成了攻擊流程中的步驟一和步驟二。

寫在最后

通過對整個攻擊流程的完整梳理和詳盡分析，我們認為Relayer的不完整校驗是攻擊得以發生的根本原因。其它方面則更多地屬于比較精彩的攻擊技巧。總而言之，跨鏈的校驗和鑒權是跨鏈系統安全的關鍵所在，值得社區付出更多的努力。

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