智能合約安全實踐（一）| Fallback函數“越俎代庖”分析_TRA

引子：“庖人雖不治庖，尸、祝不越樽俎而代之矣。”?--《莊子·逍遙游》

古時候，有一位杰出的領袖名叫唐堯。

他所治理的地區人們安居樂業，但是他聽聞隱士許由十分有才干，便萌生了將領導權讓給許由的想法。但是許由拒絕了，并說出了這樣一段話“鷦鷯巢于深林，不過一枝。”

至此，后人也用越俎代庖一詞來表達越權的含義。

“越俎代庖”

在智能合約的實現中存在著訪問權限，如果權限設置不合理，很容易造成智能合約被攻擊，嚴重的還會造成巨大的經濟損失。

成都鏈安-安全實驗室對于智能合約安全有著豐富的經驗和積累，但隨著區塊鏈技術越來越受重視，智能合約的數量也越來越多，隨之而來的智能合約被攻擊事件也越來越多，也讓我們感受到了“讓區塊鏈更安全”的企業使命是多么的重要，但是一己之力難于對抗所有的威脅。

接下來，我們將會把自己的安全經驗積累通過與智能合約CTF靶場ethernaut相結合，通過技術連載的方式向廣大智能合約開發者普及在開發過程中，如何實現更安全的代碼。

加密初創公司Shield3推出智能合約評估服務:金色財經報道，創業公司Shield3首席執行官Geoffrey Arone在接受采訪時表示，該公司利用人工智能來標記政府批準的錢包，并與已知的加密貨幣黑客進行對抗。Arone由于托管狗狗幣的交易所遭到黑客攻擊，失去那些狗狗幣。這段經歷促使他建立新的企業，幫助個人和機構抵御黑客。

Arone表示，該服務能夠評估Dao和NFT項目的智能合約，以掃描異常情況。如果系統發現不一致，shield將在交易發生之前標記或阻止交易。[2023/7/24 15:54:02]

現在我們就來聊一聊ethernaut靶場的第一題Fallback，

代碼函數“越俎代庖”的事件。

一、權限漏洞簡介

越權漏洞是指在智能合約中，因函數可見性設置不合理或函數缺乏有效的驗證導致本不能調用某一函數的用戶通過直接或者繞過驗證的方式成功調用該函數。

該漏洞可被單獨利用，也可能結合其他漏洞進行組合攻擊，利用方式簡單，漏洞影響視存在漏洞的函數而定，可能對合約造成毀滅性打擊。

幣安將支持SUN智能合約置換:據最新消息，幣安將支持SUN智能合約置換及 1:1,000 代幣增量計劃。所有用戶持有的SUN舊代幣將全部被轉換為SUN新代幣，并按照 1 SUN（舊代幣） = 1,000 SUN（新代幣） 的比例發放SUN新代幣。代幣置換完成后，SUN舊代幣將被命名為SUNOLD，SUN新代幣將承繼SUN代碼并更新其標識。6月18日中午12:00（香港時間）幣安將開放SUN/USDT現貨交易，SUN/BTC現貨交易將不再開放。代幣置換完成后，充值、提現開放時間將另行公告。此后，用戶可以通過資產轉換功能將SUNOLD（TRC20）轉換為SUN新代幣（TRC20）。[2021/6/8 23:21:27]

二、Fallback“越俎代庖”

漏洞原理詳細分析

2.1合約中的“俎”與“庖”

如何理解合約中的“俎”與“庖”呢？先來看一段合約代碼，如下圖所示：

圖1

這一段合約代碼出自ethernaut靶場的第一題Fallback。針對于靶場中的問題，解題思路是通過調用回調函數function()payablepublic來觸發owner=msg.sender;，使得合約的所有者變成調用者。

DeFi項目Sheesha Finance：現已支持遷移到新的SHEESHA智能合約:4月18日，DeFi項目Sheesha Finance發推稱，現已支持遷移到新的SHEESHA智能合約，遷移可以獲得額外的SHEESHA獎勵，已參與LP代幣質押的用戶將繼續獲得獎勵。[2021/4/18 20:32:19]

題目非常的簡單，只要向此合約發起一筆交易，且滿足require的條件就可觸發fallback函數。

正常情況下，在對一個合約調用中，如果沒有其他函數與給定的函數標識符匹配，或者沒有提供附加數據，那么fallback函數會被執行。一般是作為轉入以太幣的默認操作。所以智能合約開發時一般是不需要將owner=msg.sender寫到fallback函數中的。

如下圖所示：

圖2

然而，在這里本不該被用戶調用的owner=msg.sender被調用了，導致權限控制不當，產生了越權，“俎”與“庖”就這樣發生了接下來的故事。

Trailof Bits提出為Solidity智能合約提供交互分析的原型框架Solar:4月6日消息，網絡安全研究和咨詢公司Trailof Bits撰文闡述其概念驗證的靜態分析框架Solar，這是一個可以為Solidity智能合約提供上下文無關的交互分析框架。

Trailof Bits稱，雖然是一個原型，但Solar代表了一種新型的、優先考慮交互性的分析平臺，其潛在應用包括代碼審計和類似于IDE的語義檢查。注：TrailofBits是一家網絡安全研究和咨詢公司，專門解決加密、虛擬化、惡意軟件和軟件利用方面的問題，為開發及安全團隊提供審核和咨詢。[2021/4/6 19:51:22]

2.2相關安全事件

2.2.1Bancor合約事件

2020年6月18日，Bancornetwork被爆出存在漏洞。

漏洞產生的原因是合約中存在一個public的safeTransferFrom方法，使得攻擊者可以直接調用此方法授權給Bancornetwork合約的代幣轉出到任意賬戶。

其關于轉賬和授權的三個函數權限均為public，這使得任何用戶都能對其進行調用。本次事件涉及資金50W余美元。

以太坊ERC-721智能合約數量創歷史新高:金色財經報道，CoinMetrics周二發布的報告顯示，由于最近的“NFT熱潮”，以太坊上ERC-721智能合約的數量達到了約19000的歷史新高。研究人員指出，NFT市場仍有很大的增長空間。[2021/3/26 19:19:15]

詳細代碼如下圖所示：

圖3

權限為public的safeTransferFrom方法這個“奸臣”并沒有得到Bancor合約“國王”的許可，直接奪走了“國家”的“財政大權”。

幸而Bancornetwork團隊和白帽首先發現了此問題，并對資金進行了轉移。在后續也對該漏洞進行了修復，才得以避免損失。

詳細分析見

而同樣的事件也在另外一個合約中上演，接下來我們將介紹6月底的VETH合約漏洞事件。

2.2.2VETH項目事件

2020年6月30，VETH項目被爆出漏洞。本次事件中“越俎代庖”的主角則是合約中的changeExcluded函數的external修飾符。

external修飾符使得任何人都可以調用changeExcluded函數來繞過transferFrom函數內部的授權轉賬額度檢查，將合約的VETH代幣盜走。

此次事件，攻擊者利用此漏洞盜走919299個VETH后大量拋售，導致VETH代幣價值瞬間流失。

詳細見涉及到的合約代碼如下圖所示：

圖4

通過以上兩個案例，相信大家已經意識到了合約中“越俎代庖”事件的嚴重影響，那么如何在合約代碼編寫的過程中有效的區分“俎”與“庖”呢？

2.3“俎”、“庖”信息大揭秘

針對越權事件，首先需要合約開發人員了解函數可見性。

函數的可見性，一共有external、public、internal和private四種：

-External

外部函數作為合約接口的一部分，意味著我們可以從其他合約和交易中調用。一個外部函數f不能從內部調用。當收到大量數據的時候，外部函數有時候會更有效率，因為數據不會從calldata復制到內存.

-Public

public函數是合約接口的一部分，可以在內部或通過消息調用。對于public狀態變量，會自動生成一個getter函數。

-Internal

這些函數和狀態變量只能是內部訪問，不使用this調用。

-Private

private函數和狀態變量僅在當前定義它們的合約中使用，并且不能被派生合約使用。

開發人員在構造一個函數時，應當遵循這些可見性進行開發，要明確哪些函數是可以由用戶調用的“俎”，而哪些又是合約中不能任意替代的“庖”，以最小原則進行分配。

比如一個函數safeTransfer在設計時是用于轉賬操作的，用戶可以通過調用此函數，轉賬此合約發行的代幣。我們使用public和external都可以滿足需求，但就安全的角度，我們應當使用external，避免合約內對此函數進行調用，造成不可預期的風險。

如存在有一個safeTransferFrom函數，用戶可以通過授權給此合約其他代幣，將其他代幣轉移到一個指定地址的，當_token等于合約本身時，就會以合約本身的身份調用sadeTransfer函數，即而將合約內的錢轉到其他地址。

圖5

然而只是遵循函數可見性是遠遠不夠的，函數的可見性，只是區分了合約內部、繼承合約和外部這三個界限，遠遠不能滿足我們的需求。

想要達到較為完善的權限管理，我們應當引入“角色”的概念，如：管理員、普通用戶、特權用戶等。在合約中存儲這些角色的地址，通過判斷地址或標志變量來進行權限的控制。

如下圖所示：

圖6

通過修飾器對這些不同的“角色”進行管理，如使用onlyOwner修飾器，限制特定的地址才可調用此函數。對應“角色”的權限管理。使用修飾器的方式，可以更加清晰的判斷出是否存在紕漏。

三、安全總結

就鏈上現狀來看，智能合約權限管理錯誤造成的漏洞比比皆是，其中不乏很多“著名項目”，而此類漏洞造成的損失也是巨大的。

成都鏈安安全團隊依據多年合約審計和鏈上分析安全經驗給出以下幾點建議：

1、遵循權限最小化開發原則，在設計函數時應當就規劃好可見性。

2、建立角色機制，使用修飾器對各函數進行權限管理，避免紕漏。

3、上線前一定找專業機構做好代碼審計，正所謂“一人一個腦，做事沒商討；十人十個腦，辦法一大套”。

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