Solidity DoS Attack

  • Q1ngying
  • 更新于 2024-11-10 15:36
  • 阅读 205

在 Solidity 智能合约开发中,DoS(Denial of Service,拒绝服务)攻击是一个常见且需要关注的安全问题。本文探讨了 Solidity 中的三种主要 DoS 攻击类型及其防御方法

Solidity 中的 DoS (Denial of Service:拒绝服务攻击)可以大致分为如下几种:

  • 拒绝 Ether 转账攻击
  • Out of Gas Attack
  • Returnbomb Attack

拒绝 Ether 攻击

拒绝 Ether 攻击指的是,某些情况下,智能合约的运行逻辑中,其中一个部分是向某一地址转账,且没有检查该地址的类型(EOA or CA)。此时,若 receiver 是一个未实现 fallback/receive 的合约账户,那么便会导致整个函数执行失败,回滚。

example:

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract KingOfEther {
    address public king;
    uint public king;

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance,"Need to pay more to become the king");

        (bool sent,) = king.call{value:balance}("");
        require(sent,"Failed to send Ether");

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }
}

当我们调用 claimThrone()时,合约会尝试向 king进行转账,但是若 king 是如下形象的合约账户:

contract KingOfHack {
  // some code

  receive() payable external {
    revert();
  }
}

当该合约接收到 ether 时触发 receive()函数,直接回滚,所以这会导致上面的合约无法继续运行。

解决方法:

修改方法很简单,最简单的方法便是采用“Pull Payment”模式

Pull Payment 模式

Pull Payment 是一种设计模式,在这种模式下,合约不主动向用户转账(Push Payment),而是记录用户可以提取的余额,由用户主动调用合约中的提现函数来领取自己的资金。

这种模式的核心思想是:

  • 不要主动转账(Push)。
  • 让用户自己提取资金(Pull)。

使用该模式有很多优点:

  • 避免转账失败 如果用户地址是一个合约地址且没有实现 receivefallback 函数,或者合约逻辑故意回滚,主动转账(Push Payment)可能会失败,导致整个交易回滚。Pull Payment 让用户自己发起提现,避免合约承担转账的责任。
  • 防止重入攻击 在 Push Payment 模式下,合约直接调用外部地址,可能引发重入攻击。而在 Pull Payment 中,提现过程由用户主动发起,合约内部无需主动调用外部地址,大大降低了重入攻击的风险。
  • 提升灵活性 Pull Payment 允许用户在需要时提取资金,而不需要立即接收,这在某些情况下(例如延迟支付)更加灵活。

Out Of Gas Attack

Out Of Gas Attack 实际上由于大量的循环遍历,导致 gas 超过 gas limit 上限引起整个交易的回滚。

这是一个涉及到外部调用的攻击。我们对上一个例子进行修改:

example

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract KingOfEther {
    address public king;
    uint public balance;
    mapping(address => uint256) public collectedAmount;

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance, "Need to pay more to become the king");

        (bool sent, ) = king.call{value: balance}("");
        if (!sent) {
            collectedAmount[king] += balance; 
        }

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }

    function withdraw() external {
        uint256 amount = collectedAmount[msg.sender];
        require(amount > 0, "No funds to withdraw");

        collectedAmount[msg.sender] = 0;
        (bool sent, ) = msg.sender.call{value: amount}("");
        require(sent, "Failed to send Ether");
    }
}

看起来我们解决了刚刚的问题,就算 king 是一个不能接收 ether 的合约,那我们就把金额存在 mapping 中,等待用户取领取(领取是否成功就和我们没什么关系了)。但是,又有了新的问题。

这里涉及到了外部调用,对于 king 合约的 receive 函数中的逻辑,是任意的,由于交易的原子性问题,当交易运行中,若 gas 超过了 gas limit,那么这笔交易就会回滚。我们可以这样来构造恶意的 KingOfHack 合约

contract KingOfHack {
  // some code

    receive() payable external {
        while(true) {}
    }
}

在新的攻击合约中,我们在 receive 函数中写了一个死循环,这导致当 KingOfEther 合约向我们转账时,会触发到这个死循环,这样就会导致整个交易 out of gas,交易回滚。

解决方法

我们可以通过限制单笔交易的 gas 使用量来避免这个问题。我们对合约的claimThrone函数进行如下的修改:

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance, "Need to pay more to become the king");

        (bool sent, ) = king.call{gas: 100000, value: balance}("");
        if (!sent) {
            collectedAmount[king] += balance; 
        }

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }

这样,当外部调用消耗的 gas 达到 100000 时,会导致外部调用回滚。但是,由于整个交易的 gas 还有剩余,剩下的逻辑依然是可以成功执行的。

Returnbomb Attack

刚刚修改后的代码看起来似乎又没有什么问题了,但是实际上还有一种 Dos 攻击:returnbomb Attack

Return Bomb Attack 是一种更为隐蔽的 DoS(Denial of Service)攻击 类型,其原理是利用以太坊的 call 方法返回的数据量对合约进行攻击。在 Solidity 中,当一个合约通过 call 调用另一个合约时,如果返回的数据量非常大,会导致消耗大量 Gas,从而引发 Gas 限制或使交易失败。

虽然我们限制了外部调用的 gas,但是 returnbomb attack 消耗的 gas 并不是外部调用部分的 gas,而是外部调用执行完毕后,evm 会将运行后的 returndata copy 到 memory 中,若 return data 很大,会消耗大量的 gas 导致整个交易 out of gas,交易回滚

原理:

  • 在 Ethereum 中,call 方法会将目标合约返回的所有数据存储到调用合约的内存中。
  • 如果目标合约返回的数据非常大,会导致调用合约消耗大量 Gas 以分配和处理内存。
  • 这种高 Gas 消耗可能导致交易失败或阻止其他用户的正常操作。

攻击方式

  • 攻击者部署一个恶意合约,返回非常大的数据块。
  • 当受害合约调用该恶意合约时,由于需要处理大量返回数据,Gas 被迅速消耗殆尽。

不过需要注意一点:

在防御 Out of Gas 攻击的代码中,由于单笔外部调用的 gas 限制被设置为 100,000,当攻击者的合约试图通过 receive 函数返回大量数据来进行攻击时,gas 消耗会超出 100,000 的限制。此时,外部调用会因 Gas 不足(Out Of Gas) 而直接失败,返回的错误信息将是 Out Of Gas,而不是攻击合约中 receive 函数的逻辑触发的异常。所以,returnbomb Attack 攻击时,并不是返回的数据越多越好。最大数据量需要我们进行计算。

EVM 的 gas 消耗跟 memory 使用量的关系是:

memory_size_word = (memory_byte_size + 31) / 32
memory_cost = (memory_size_word ** 2) / 512 + (3 * memory_size_word)

example

contract KingOfHack {
    receive() external payable {
        assembly {
            return(0, `value`)
        }
    }
}

针对这个例子的 ReturnBomb Attack 可能会失效, 因为其他逻辑对 gas 的消耗较少。不过改攻击在 Dos 攻击中确实存在,某些跨链协议就很有可能遭受 ReturnBomb Attack

解决方法

我们可以在处理返回数据前,增加对返回数据长度的检查。 OpenZeppelin 合约安全库中有相关的安全库合约。

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