God.Game智能合约攻击事务剖析
宣布时间 2018-08-24
8月19日 ，God.Game在以太坊区块链上安排了自己的智能合约(地址位于https://etherscan.io/token/0xca6378fcdf24ef34b4062dda9f1862ea59bafd4d ，简称God合约) ，时隔一天攻击者就偷取了该合约的243个以太币 ，价值凌驾6万美元。酷游官网ADLab在监控到该事务后 ，对该攻击举行了详细的剖析和重现。
一、攻击回溯
通过etherscan可以看到攻击者的以太币提取生意：
生意详情如下 ，即攻击者0xc30e89db73798e4cb3b204be0a4c735c453e5c74（简称攻击者1）挪用了God合约的withdraw函数举行提币：
审查攻击者1在God合约中是否持有token ，靠近20万的数目。
审查攻击者1在withdraw挪用之前对God合约的挪用 ，如下：
从攻击者1的生意来看 ，它发往God合约的最早生意是sell挪用 ，说明在sell之前它就已经有了God合约的token。那么攻击合约在此之前 ，一定有其它账户给它转移过token。不然 ，它不会有可以sell的token。
在追踪攻击者1的token转变历程中 ，我们发明另外一个攻击者（简称攻击者2 ，地址为0x2368beb43da49c4323e47399033f5166b5023cda） ，它挪用了一个攻击合约（地址为0x7f325efc3521088a225de98f82e6dd7d4d2d02f8）给攻击者1转移了20万token：
攻击者2挪用攻击合约的transfer函数 ，目的地址为攻击者1 ，数目为20万。由于攻击合约并没有开放源码 ，因此这里的transfer函数仅仅是函数署名匹配的效果(有一定几率是其它名字)。那么 ，攻击合约的20万token是从那里获得的 ？
继续跟踪攻击者2和攻击合约 ，发明攻击合约是由攻击者2建设的 ，且攻击者2对攻击合约的挪用就是在God合约被攻击提现的时间窗口中。
从攻击者2的生意行为 ，可以看出他先给攻击合约转入4.3 token ，然后从攻击合约转出4.3 token。此时 ，攻击合约的token为0。随后 ，攻击合约直接转20万token给攻击者1（还转移了21万给另外一个地址） ，这批注攻击者在挪用reinvest函数时应该使攻击合约的token爆发了某种转变。
接着剖析这个reinvest生意 ，它是直接挪用不开源的攻击合约 ，其内部机制我们并不清晰。可是 ，这个生意历程会触发God合约的两个事务 ，onTokenPurchase和onReinvestment：
通过这个事务的纪录数据 ，可以看到该reinvest挪用使得合约判断购置token的以太代币数目为一个大数 ，并且远远凌驾以太币刊行总量。这个信息也反应出reinvest函数内部逻辑一定爆发了某种非预期的行为。
通太过析God合约源码 ，发明onReinvestment事务仅在God合约的reinvest函数中触发：
可见 ，onReinvestment的以太币参数的最终盘算方法为：
这一行代码显着保存整数溢出的理论可能 ，由于它没有使用SafeMath等类似清静运算操作。但这里溢出的值并不是经典0xfffff…等类似的大数 ，而是一个够大但又远缺乏uint256极大值的数。
仔细视察发明 ，magnitude变量是2的64次方 ，然后我们做一个等式变换：
这样我们就找到了经典整数溢出的第一现场指纹 ，只需要上面减法操作的第一操作数比第二操作数略小即可。很显然 ，第一操作数又可划分为两个子操作数的乘法 ，只要任一个为零即导致效果为零。此时 ，第二操作数只要是恣意一个小正数即可爆发上面的经典指纹。
继续结构上述的操作数。首先 ，tokenBalanceLedger_[_customerAddress]在合约挪用的上下文中体现挪用者持有的token。因此 ，只要挪用者不持有合约token ，这个值就是零。此时无论profitPerShare_值为几多 ，乘法效果都为零。这样减法的第一操作数为零的条件 ，就容易结构出来了 ，即挪用者不持有God合约token。然后 ，payoutsTo_是一个mapping工具 ，合约挪用者的初始值为零 ，需要使其为一个正数。
剖析God合约中修改payoutsTo_的代码有：
攻击合约在reinvest挪用之前只执行过transfer挪用和withdraw挪用。其中transfer挪用从攻击合约转token到外部账户 ，以是不会修改合约的payoutsTo_值 ，但withdraw函数会直接修改合约的payoutsTo_值。因此 ，只要在reinvest之前挪用一次withdraw函数就可以使得减法的第二操作数为一个正数。
最后 ，第一个操作数为零值 ，第二个操作数为正数 ，并且减法效果强制转换为无符号整数 ，在没有运用清静运算库的条件下直接使用减法操作就会导致溢出 ，效果为一个很大的正数。至此 ，攻击者的完整攻击历程如下：
二、Remix复现
在剖析了完整攻击路径后 ，我们可以结构出如下的攻击合约：
在remix中凭证如下办法举行操作：
（1）安排God合约（为了利便追踪内部数据结构的转变 ，直接把所有成员和函数都重新界说为public） ；
（2）用1eth ，购置第一次token ，引用地址设置为0x00… ；
（3）再用相同的参数来购置一次（一定要再来一次 ，由于此时合约的profitPerShare_仍然是零值 ，这会导致withdraw挪用的函数修饰符失败） ；
（4）安排攻击合约Test（转达God合约地址给Test） ；
（5）挪用God合约的Transfer给Test发送Token（这里直接把购置的所有token都发送已往） ；
（6）挪用攻击合约Test的withdraw函数 ，攻击合约的payoutsTo_已经被修改为大数 ；
（7）挪用攻击合约Test的transfer函数把token所有给建设者 ，Test此时拥有的token为0 ，payoutsTo_为大数 ；
（8）挪用攻击合约的reinvest函数 ，在日志中可以看到纪录购置token的eth为海量 ，并且乐成购置了大宗token ；
（9）攻击合约Test通过溢出获得了大宗token ，攻击者就可以从这个合约给其它地址转移token ，并举行售卖套取eth。
三、小结
God合约被攻击的误差点较量简朴 ，即标准的整数溢出。它的重大在于整数溢出的使用有多个约束条件 ，并且是在差别的营业逻辑中：
（1）在溢出攻击的营业逻辑中 ，攻击者必需没有God的token ，且payoutsTo_值必需为正数 ；
（2）要使payoutsTo_为正数 ，攻击者就必需在其它营业逻辑中修改 ，好比withdraw ；
（3）要执行withdraw ，攻击者就必需持有God的token（最终溢出时又不可持有token）。
因此 ，攻击者需要通过多次触发God合约的差别营业逻辑才华最终造成整数溢出。
God合约的代码编写保存多处缺陷：
（1）给管理员留下恣意地址的token操控能力 ，并且操控不触发事务。这意味着修改是悄无声息的 ，除非有人去轮询监控每个地址的token转变 ；
（2）Token的某些转移历程没有挪用标准ERC20事务接口 ，导致etherscan上看到的token转变是极端禁绝确的 ，倒运于果真透明监视 ；
（3）代码中不思量限制循环 ，无意义的gas铺张（这也导致了在Remix调试中经常瓦解） ；
（4）合约中的营业逻辑没有说明规范 ，仅开放合约代码并不可等价于项目透明。
一、攻击回溯
通过etherscan可以看到攻击者的以太币提取生意：
生意详情如下 ，即攻击者0xc30e89db73798e4cb3b204be0a4c735c453e5c74（简称攻击者1）挪用了God合约的withdraw函数举行提币：
审查攻击者1在God合约中是否持有token ，靠近20万的数目。
审查攻击者1在withdraw挪用之前对God合约的挪用 ，如下：
从攻击者1的生意来看 ，它发往God合约的最早生意是sell挪用 ，说明在sell之前它就已经有了God合约的token。那么攻击合约在此之前 ，一定有其它账户给它转移过token。不然 ，它不会有可以sell的token。
在追踪攻击者1的token转变历程中 ，我们发明另外一个攻击者（简称攻击者2 ，地址为0x2368beb43da49c4323e47399033f5166b5023cda） ，它挪用了一个攻击合约（地址为0x7f325efc3521088a225de98f82e6dd7d4d2d02f8）给攻击者1转移了20万token：
攻击者2挪用攻击合约的transfer函数 ，目的地址为攻击者1 ，数目为20万。由于攻击合约并没有开放源码 ，因此这里的transfer函数仅仅是函数署名匹配的效果(有一定几率是其它名字)。那么 ，攻击合约的20万token是从那里获得的 ？
继续跟踪攻击者2和攻击合约 ，发明攻击合约是由攻击者2建设的 ，且攻击者2对攻击合约的挪用就是在God合约被攻击提现的时间窗口中。
从攻击者2的生意行为 ，可以看出他先给攻击合约转入4.3 token ，然后从攻击合约转出4.3 token。此时 ，攻击合约的token为0。随后 ，攻击合约直接转20万token给攻击者1（还转移了21万给另外一个地址） ，这批注攻击者在挪用reinvest函数时应该使攻击合约的token爆发了某种转变。
接着剖析这个reinvest生意 ，它是直接挪用不开源的攻击合约 ，其内部机制我们并不清晰。可是 ，这个生意历程会触发God合约的两个事务 ，onTokenPurchase和onReinvestment：
通过这个事务的纪录数据 ，可以看到该reinvest挪用使得合约判断购置token的以太代币数目为一个大数 ，并且远远凌驾以太币刊行总量。这个信息也反应出reinvest函数内部逻辑一定爆发了某种非预期的行为。
通太过析God合约源码 ，发明onReinvestment事务仅在God合约的reinvest函数中触发：
可见 ，onReinvestment的以太币参数的最终盘算方法为：
这一行代码显着保存整数溢出的理论可能 ，由于它没有使用SafeMath等类似清静运算操作。但这里溢出的值并不是经典0xfffff…等类似的大数 ，而是一个够大但又远缺乏uint256极大值的数。
仔细视察发明 ，magnitude变量是2的64次方 ，然后我们做一个等式变换：
这样我们就找到了经典整数溢出的第一现场指纹 ，只需要上面减法操作的第一操作数比第二操作数略小即可。很显然 ，第一操作数又可划分为两个子操作数的乘法 ，只要任一个为零即导致效果为零。此时 ，第二操作数只要是恣意一个小正数即可爆发上面的经典指纹。
继续结构上述的操作数。首先 ，tokenBalanceLedger_[_customerAddress]在合约挪用的上下文中体现挪用者持有的token。因此 ，只要挪用者不持有合约token ，这个值就是零。此时无论profitPerShare_值为几多 ，乘法效果都为零。这样减法的第一操作数为零的条件 ，就容易结构出来了 ，即挪用者不持有God合约token。然后 ，payoutsTo_是一个mapping工具 ，合约挪用者的初始值为零 ，需要使其为一个正数。
剖析God合约中修改payoutsTo_的代码有：
攻击合约在reinvest挪用之前只执行过transfer挪用和withdraw挪用。其中transfer挪用从攻击合约转token到外部账户 ，以是不会修改合约的payoutsTo_值 ，但withdraw函数会直接修改合约的payoutsTo_值。因此 ，只要在reinvest之前挪用一次withdraw函数就可以使得减法的第二操作数为一个正数。
最后 ，第一个操作数为零值 ，第二个操作数为正数 ，并且减法效果强制转换为无符号整数 ，在没有运用清静运算库的条件下直接使用减法操作就会导致溢出 ，效果为一个很大的正数。至此 ，攻击者的完整攻击历程如下：
二、Remix复现
在剖析了完整攻击路径后 ，我们可以结构出如下的攻击合约：
在remix中凭证如下办法举行操作：
（1）安排God合约（为了利便追踪内部数据结构的转变 ，直接把所有成员和函数都重新界说为public） ；
（2）用1eth ，购置第一次token ，引用地址设置为0x00… ；
（3）再用相同的参数来购置一次（一定要再来一次 ，由于此时合约的profitPerShare_仍然是零值 ，这会导致withdraw挪用的函数修饰符失败） ；
（4）安排攻击合约Test（转达God合约地址给Test） ；
（5）挪用God合约的Transfer给Test发送Token（这里直接把购置的所有token都发送已往） ；
（6）挪用攻击合约Test的withdraw函数 ，攻击合约的payoutsTo_已经被修改为大数 ；
（7）挪用攻击合约Test的transfer函数把token所有给建设者 ，Test此时拥有的token为0 ，payoutsTo_为大数 ；
（8）挪用攻击合约的reinvest函数 ，在日志中可以看到纪录购置token的eth为海量 ，并且乐成购置了大宗token ；
（9）攻击合约Test通过溢出获得了大宗token ，攻击者就可以从这个合约给其它地址转移token ，并举行售卖套取eth。
三、小结
God合约被攻击的误差点较量简朴 ，即标准的整数溢出。它的重大在于整数溢出的使用有多个约束条件 ，并且是在差别的营业逻辑中：
（1）在溢出攻击的营业逻辑中 ，攻击者必需没有God的token ，且payoutsTo_值必需为正数 ；
（2）要使payoutsTo_为正数 ，攻击者就必需在其它营业逻辑中修改 ，好比withdraw ；
（3）要执行withdraw ，攻击者就必需持有God的token（最终溢出时又不可持有token）。
因此 ，攻击者需要通过多次触发God合约的差别营业逻辑才华最终造成整数溢出。
God合约的代码编写保存多处缺陷：
（1）给管理员留下恣意地址的token操控能力 ，并且操控不触发事务。这意味着修改是悄无声息的 ，除非有人去轮询监控每个地址的token转变 ；
（2）Token的某些转移历程没有挪用标准ERC20事务接口 ，导致etherscan上看到的token转变是极端禁绝确的 ，倒运于果真透明监视 ；
（3）代码中不思量限制循环 ，无意义的gas铺张（这也导致了在Remix调试中经常瓦解） ；
（4）合约中的营业逻辑没有说明规范 ，仅开放合约代码并不可等价于项目透明。
京公网安备11010802024551号