LIC:智能合約安全實踐（一）| Fallback函數“越俎代庖”分析_Concern Poverty Chain

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。

以太坊智能合約自動執行工具 Gelato Network 推出多鏈交易 API Gelato Relay:5月17日消息，以太坊智能合約自動執行工具 Gelato Network 宣布推出多鏈交易 API Gelato Relay，新功能可提供無 Gas 交易、定制機器人、跨鏈橋和跨鏈消息傳遞協議等服務，幫助 Web3 應用程序和基礎設施開發人員使用簡單的 API，以輔助其用戶或協議快速地進行任何交易。[2022/5/17 3:22:10]

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。

OasisLabs推出兼容EVM的ParaTime智能合約執行環境Emerald:金色財經報道，Oasis 隱私保護區塊鏈網絡的開發商 Oasis Labs 宣布推出 Emerald，這是一種兼容以太坊虛擬機 (EVM) 的 ParaTime 智能合約執行環境。Oasis 允許多個 ParaTimes——每個都能夠在不同的虛擬機執行環境中運行——在同一個區塊鏈上同時運行。與 EVM 兼容的 Paratime 還將使以太坊開發人員能夠快速移植以太坊和其他與 EVM 兼容的第 1 層鏈的原生代碼副本。（Coindesk）[2021/11/23 7:05:13]

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。

中幣（ZB）雙周報：中幣在TrueChain發布新智能合約并適當調整合約地址:據中幣（ZB）雙周報顯示：中幣將對其平臺幣ZB Token進行智能合約地址的適當調整，該調整將在新地址上生成2億可用于去中心化交易的ZB積分，同時也將在舊合約地址上銷毀2億的ZB積分。此外，為豐富ZB積分的應用場景以及支持TrueChain生態建設，中幣（ZB）也將發布基于TrueChain的、總量為4000萬ZB積分的ZB智能合約，并將在舊合約地址上銷毀對應的、同樣數目的ZB積分。官方表示，這些調整均不會對名稱、發行總量和流通量等造成影響。更多詳情請查閱中幣微博9月15日-9月30日雙周報。[2020/10/10]

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：

Casa聯合創始人評論Ocean暫停智能合約：權力下放面紗被揭開:對于Ocean Protocol（OCEAN）暫停OCEAN智能合約。加密貨幣托管公司Casa聯合創始人兼CTO Jameson Lopp在推特表示，當“DeFi”項目對被盜資金洗白而驚慌失措時，權力下放的面紗被揭開了。[2020/9/27]

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。

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。

詳細代碼如下圖所示：

動態 | 摩根大通前區塊鏈團隊負責人與Kadena合作發布混合區塊鏈智能合約新版本:據coindesk消息，投資銀行巨頭摩根大通區塊鏈團隊前負責人Stuart Popejoy與區塊鏈平臺服務提供商Kadena合作發布了混合區塊鏈智能合約新版本Pact，旨在使區塊鏈上安全、簡單的智能合約開發成為可能。Popejoy認為，Pact 3.0的擴展功能集最終將支持私有和公共網絡之間的跨區塊鏈智能合約執行。[2019/6/6]

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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