以太坊 Solidity 未初始化存储指针安全风险浅析

本文由Thinking@慢雾安全团队撰写,这里是原文 GitHub 地址: https://github.com/slowmist/papers/blob/master/Solidity_Unintialised_Storage_Pointers_Security_Risk.pdf**


0x00 引子

看到安比实验室有篇文章在说《警惕!Solidity缺陷易使合约状态失控》的问题,原文链接可以在参考链接中获取。

这个问题实际上之前在慢雾区中,爱上平顶山(山哥)和 keywolf 就有对一篇外文进行了翻译,可以在 SlowMist 的 GitHub 中找到(地址见参考链接),这篇译文《Solidity 安全:已知攻击方法和常见防御模式综合列表》里面就有讲到。

其实就是 Unintialised Storage Pointers(未初始化的存储指针)的安全问题,EVM中会将数据存储为 storage 或 memory ,在函数中局部变量的默认类型取决于它们本身的类型,未进行初始化的 storage 变量,会指向合约中的其他变量,从而改变其他变量的值,常见的场景就是指向状态变量,改变状态变量的值,导致漏洞的产生。

0x01 分析过程

依据 Solidity 官方手册上的介绍,以及经过实验得到了一些总结分析。

这里要注意结构体,数组和映射的局部变量,在官方手册中有提到这些类型的局部变量默认是放在 storage 中的,因此这些局部变量可能都存在相同的问题。(本文分析了结构体和数组的 Unintialised Storage Pointers 问题,而 mapping 暂未找到存在问题的案例)

而 struct 中在和局部变量进行赋值操作的时候,是保存成一个引用

如下是问题代码,struct 在函数中被声明但是没有初始化,根据官方文档中可以知道,struct 在局部变量中默认是存放在 storage 中的,因此可以利用 Unintialised Storage Pointers 的问题,p会被当成一个指针,并默认指向slot[0]slot[1] ,因此在进行p.namep.mappedAddress赋值的时候,实际上会修改变量testAtest B的值。

pragma solidity ^0.4.0;
contract  testContract{

    bytes32 public testA; 
    address public testB;
    
    struct Person { 
        bytes32 name;  
        address mappedAddress;
    }
    
    function test(bytes32 _name, address _mappedAddress) public{
        Person p;
        p.name = _name;
        p.mappedAddress = _mappedAddress; 

    }
}

同理数组也有同样的问题,如下是问题代码

pragma solidity ^0.4.0;

contract C {
    uint public someVariable;
    uint[] data;

    function f() public {
        uint[] x;
        x.push(2);
        data = x;
    }
}

0x02 解决方案

结构体 Unintialised Storage Pointers 问题的正确的解决方法是将声明的 struct 进行赋值初始化,通过创建一个新的临时 memory 结构体,然后将它拷贝到 storage 中。

pragma solidity ^0.4.0;
contract  testContract{

    bytes32 public testA; 
    address public testB;
    
    struct Person { 
        bytes32 name;  
        address mappedAddress;
    }
    
    mapping (uint => Person) persons;
    
    function test(uint _id, bytes32 _name, address _mappedAddress) public{
        Person storage p = persons[_id];
        p.name = _name;
        p.mappedAddress = _mappedAddress; 

    }
}


数组 Unintialised Storage Pointers 问题的正确解决方法是在声明局部变量 x 的时候,同时对 x 进行初始化操作。

pragma solidity ^0.4.0;

contract C {
    uint public someVariable;
    uint[] data;

    function f() public {
        uint[] x = data;
        x.push(2);
    }
}

Solidity 编译器开发团队不出意外将在下一个版本(Solidity 0.4.25)中对存在 Unintialised Storage Pointers 问题的代码进行修复,否则将无法正常通过编译。

开发人员需要关注 Solidity 0.4.25 版本的发布,并且使用 Solidity 0.4.25 编写代码。

最后 本篇未涉及的 mapping 未初始化存储指针的安全问题和案例,期待能够和师傅们一起研究讨论。

0x03 参考链接

《警惕!Solidity 缺陷易使合约状态失控》 https://mp.weixin.qq.com/s/xex9Eef6Hz5o24sX5vE1Yg

《Solidity 安全:已知攻击方法和常见防御模式综合列表》 https://github.com/slowmist/Knowledge-Base/blob/master/solidity-security-comprehensive-list-of-known-attack-vectors-and-common-anti-patterns-chinese.md#%E8%99%9A%E6%8B%9F%E5%8C%96%E5%AD%98%E5%82%A8%E6%8C%87%E9%92%88

《Solidity 官方文档》 http://solidity.readthedocs.io/en/v0.4.24/frequently-asked-questions.html http://solidity.readthedocs.io/en/latest/types.html#structs