智能合约安全审计入门篇 : 重入漏洞

背景概述

看了一个关于学习solidity的站，里面讲了关于solidity智能合约的很多漏洞，考虑到现在针对智能合约的攻击事件频频发生，不法分子盗取的加密资产越来越多，我就想写一些与智能合约安全审计相关的文章给想了解智能合约安全审计的入门者阅读，让一些对智能合约安全审计感兴趣的初学者可以学到如何识别一些常见的漏洞和如何利用这些漏洞去做什么事情。这次我们就一起先看一个很经典的漏洞——?重入漏洞。

前置知识

重入漏洞相信大家都有所耳闻了，那么什么是重入漏洞呢？

以太坊智能合约的特点之一是合约之间可以进行相互间的外部调用。同时，以太坊的转账不仅仅局限于外部账户，合约账户同样可以拥有以太并进行转账等操作，且合约在接收以太的时候会触发fallback函数执行相应的逻辑，这是一种隐藏的外部调用。

Paradigm联合创始人：只要以太坊继续运行，智能合约就会永远可靠地运行:金色财经报道，Paradigm联合创始人兼管理合伙人Matt Huang在社交媒体上称，在这种加密货币去杠杆化的情况下，许多中心化实体的偿付能力受到质疑，相比之下，令人震惊的是，像Uniswap这样的智能合约不面临任何偿付风险，只要以太坊继续运行，就会永远可靠地运行。[2022/7/1 1:44:41]

我们先给重入漏洞下个定义：可以认为合约中所有的外部调用都是不安全的，都有可能存在重入漏洞。例如：如果外部调用的目标是一个攻击者可以控制的恶意的合约，那么当被攻击的合约在调用恶意合约的时候攻击者可以执行恶意的逻辑然后再重新进入到被攻击合约的内部，通过这样的方式来发起一笔非预期的外部调用，从而影响被攻击合约正常的执行逻辑。

漏洞示例

加密社区质疑Cardano测试网智能合约和团队能力，Charles Hoskinson称其噪音和FUD:9月5日消息，Cardano公共测试网上智能合约的发布受到以太坊社区最具影响力成员之一、Ethhub.io联合创始人Anthony Sassano带头抨击的影响。Sassano在推特发布Reddit帖子相关截图，这些截图揭示Minswap面临的并发问题。Minswap是基于Cardano的去中心化交易所，最近在Cardano公共测试网上线。

Cardano创始人Charles Hoskinson在AMA中猛烈抨击最近的指控，称其为噪音和FUD。“Reddit不会同意。推特不会同意。Telegram不会同意。伙计们，这是噪音，这是FUD。构建一个真正可扩展的分布式系统是世界上最难的事情之一，这个系统是去中心化的，并且允许拜占庭参与者。”（U.Today）[2021/9/5 23:01:55]

好了，看完上面的前置知识我相信大家对重入漏洞都有了一个大致的了解，那么在真实的环境中开发者写出什么样的代码会出现重入漏洞呢，下面我们来看一个比较典型的有重入漏洞的代码:

Certik：Sushiswap智能合约存在多个漏洞:CertiK安全研究团队今日发文表示，新兴的自动做市平台，同时也是Uniswap的升级版SushiSwap，其项目智能合约中存在多个安全漏洞。

该漏洞可能会被智能合约拥有者利用，允许拥有者进行包括将智能合约账户内的代币在没有授权的情况下取空等操作在内的任意操作。同时该项目智能合约还存在严重的重入攻击漏洞，会导致潜在攻击者的恶意代码被执行多次。哔哔News在此提醒用户注意流动性挖矿风险。（哔哔News）[2020/8/29]

动态 | IOHK推出2款智能合约开发新工具:据investinblockchain报道，IOHK推出2款智能合约开发新工具，分别为Plutus智能合约工具和Marlowe智能合约工具。Plutus将通过提供适用于卡尔达诺（Cardano）区块链的通用编程语言和工具，帮助开发人员开发卡尔达诺智能合约。[2018/12/12]

漏洞分析

看到这里大家可能会有疑惑了，上面的代码就是个普通的充提币的合约，凭什么说他有重入攻击呢？我们来看这个合约的withdraw函数，这个函数中的转账操作有一个外部调用，所以我们就可以认为这个合约是可能有重入漏洞的，但是具体能否产生危害还需要更深入的分析：

1.所有的外部调用都是不安全的且合约在接收以太的时候会触发fallback函数执行相应的逻辑，这是一种隐藏的外部调用，这种隐藏的外部调用是否会造成危害呢？

现场 | 鱼池F2pool创始人神鱼：智能合约的出现大幅提升了效率:金色财经现场报道，在中国区块链行业发展论坛现场，鱼池F2pool创始人神鱼表示，区块链现在处于类似互联网非常早期的时代，大概为90年代初，很多底层协议都没有完善。目前现阶段取得阶段性的发展，智能合约的出现则改变了人与人，人与物，人与机器的连接，大幅提升了效率。在共识机制中，其中POW已经发展了10余年，目前年产出在100亿美金。随着比特币发展，网络出现大规模拥堵，POW洲际达成共识的极限速度为12秒。这反映出，虽然POW扩展属性差，但安全程度高的特点。[2018/7/11]

2.我们可以看到在withdraw函数中是先执行外部调用进行转账后才将账户余额清零的，那我们可不可以在转账外部调用的时候构造一个恶意的逻辑合约在合约执行balance=0之前一直循环调用withdraw函数一直提币从而将合约账户清空呢？

下面我们看看攻击者编写的攻击合约中的攻击手法是否与我们的漏洞分析相同：

攻击合约

我们看到EtherStore合约是一个充提合约，我们可以在其中充提以太。下面我们将利用攻击合约将EtherStore合约中用户的余额清零的：

这里我们将引用三个角色，分别为：

用户：Alice，Bob

攻击者：Eve

1.部署EtherStore合约；

2.用户1和用户2都分别将1个以太币充值到EtherStore合约中；

3.攻击者Eve部署Attack合约时传入EtherStore合约的地址；

4.攻击者Eve调用Attack.attack函数，Attack.attack又调用EtherStore.deposit函数，充值1个以太币到EtherStore合约中，此时EtherStore合约中共有3个以太，分别为Alice、Bob的2个以太和攻击者Eve刚刚充值进去的1个以太。然后Attack.attack又调用EtherStore.withdraw函数将自己刚刚充值的以太取出，此时EtherStore合约中就只剩下Alice、Bob的2个以太了；

5.当Attack.attack调用EtherStore.withdraw提取了先前Eve充值的1个以太时会触发Attack.fallback函数。这时只要EtherStore合约中的以太大于或等于1Attack.fallback就会一直调用EtherStore.withdraw函数将EtherStore合约中的以太提取到Attack合约中，直到EtherStore合约中的以太小于1。这样攻击者Eve会得到EtherStore合约中剩下的2个以太币。

下面是攻击者的函数调用流程图：

修复建议

看了上面的攻击手法相信大家对重入漏洞都会有一个自己的认知，但是只会攻击可不行，我们的目的是为了防御，那么作为开发人员如何避免写出漏洞代码还有作为审计人员如何快速发现问题代码呢，下面我们就以这两个身份来分析如何防御重入漏洞和如何在代码中快速找出重入漏洞：

作为开发人员

站在开发者的角度我们需要做的是写好代码，避免重入漏洞的产生。

1.写代码时需要遵循先判断，后写入变量在进行外部调用的编码规范；

2.加入防重入锁。

下面是一个防重入锁的代码示例：

作为审计人员

作为审计人员我们需要关注的是重入漏洞的特征：所有涉及到外部合约调用的代码位置都是不安全的。这样在审计过程中需要重点关注外部调用，然后推演外部调用可能产生的危害，这样就能判断这个地方是否会因为重入点而产生危害。

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