ESI:科普 | 深入理解「拒绝服务」漏洞

1.前言

拒绝服务(DoS)：DoS是DenialofService的简称，即拒绝服务，任何对服务的干涉，使得其可用性降低或者失去可用性均称为拒绝服务。简单的理解就是，用户所需要的正常服务请求无法被系统处理。例如一个计算机系统崩溃或其带宽耗尽或其硬盘被填满，导致其不能提供正常的服务，就构成拒绝服务。

拒绝服务攻击：造成DoS的攻击行为被称为DoS攻击，其目的是使计算机或网络无法提供正常的服务。

在互联网中，拒绝服务攻击大致可以分为三类：利用软件实现上的缺陷；利用协议上的漏洞；利用资源压制。而在区块链中，拒绝服务攻击扰乱、中止、冻结正常合约的执行，甚至合约本身的逻辑无法正常运行。

2.漏洞概述

在Solidity里，拒绝服务漏洞可以简单的理解为「不可恢复的恶意操作或者可控制的无限资源消耗」，也就是对以太坊合约进行DoS攻击，这就可能导致Ether和Gas的大量消耗，更严重的是让原本的合约代码逻辑无法正常运行。

举个例子，超市有三个收银点，正常来说人们排队在收银点进行扫码支付，但是有一天网络出现了问题，所有收银点的顾客扫码支付都失败了，而后面的人也不能进行支付买单，就导致了收银点的堵塞，超市不能正常运营。又或者，在支付时有顾客故意闹事，使得后面的顾客也不能去支付，这同样也会导致超市不能运营。我们可以看到有来自内部的，还有来自外部的，都是可能会造成拒绝服务攻击。

在智能合约中也是一样的，攻击者通过消耗合约的资源，让用户短暂地退出不可以操作的合约，严重时甚至能永久地退出，从而把以太币锁在被攻击的合约中。

3.漏洞分析

智能合约中的拒绝服务攻击一般有三种：

在外部操纵映射或数组循环。所有者操作。基于外部调用的进展状态。3

}

徐明星新书《趣说金融史》正式发布 科普金融发展之道:金色财经现场报道，9月23日，欧科云链创始人徐明星携手著名财经作家李霁月、行业观察者顾泽辉力作《趣说金融史》一书，跨越5000年金融历史，重读金钱故事，并预测新的金融时代。该书由中信出版社出版，将于近期正式发售。据了解，本书可以更好地呈现金融的起源与发展，帮助人们理解货币、金融与未来经济。作为区块链行业领军企业——欧科云链的创始人，徐明星深知技术探索对经济社会的重要推动作用，他曾先后出版过《图说区块链》、《区块链：重塑经济与世界》、《通证经济》、《链与未来》等行业权威著作，解读区块链等新型技术的推动下，金融与社会的升级之道，对经济社会发展做出了重大贡献。其中，《区块链：重塑经济与世界》曾作为新中国70周年重点推荐图书之一被相关书店推荐。[2021/9/23 17:00:57]

在上面的代码片段中我们可以看到，distribute()函数中会去遍历投资者数组，但是合约的循环遍历数组是可以被外部的人进行人为扩充，如果有攻击者要攻击这个合约，那么他可以创建多个账户加入投资者的数组，让investors的数据变得很大，大到让循环遍历数组所需的gas数量超过区块gas数量的上限，此时distribute()函数将无法正常操作，这样就会造成该合约的拒绝服务攻击。

针对以上情况，合约不应该对可以被外部用户人为操纵的映射或循环数组进行批量操作，这里更建议使用取回模式而不是发送模式，即每个投资者可以通过使用withdrawFunds()取回自己应得的代币。如果合约必须需要通过遍历一个变长数组来进行转账，那么最好是估计完成它们大概需要多少个区块以及多少笔交易，从而限制数组长度，此外还必须能够追踪得到当前进行到哪以便当操作失败时从那里开始进行恢复。如下面的代码所示，必须确保在下一次执行payOut()之前另一些正在执行的交易不会发生任何错误。

structPayee?{addressaddr;uint256value;}Payeepayees;uint256nextPayeeIndex;functionpayOut(){uint256i=nextPayeeIndex;while?(i<payees

3

//...额外的一些ICO功能//重写transfer函数，先检查isFinalizedfunctiontransfer(address_to,uint_value)returns(bool){?require(isFinalized);?super

contractPOC?{addressowner;AuctionauInstance;constructor()?public?{owner=msg.sender;?}modifieronlyOwner(){require(owner==msg.sender);_;?}functionsetInstance(addressaddr)?publiconlyOwner?{?//指向原合约地址auInstance=Auction(addr);?}functionattack()?publiconlyOwner?{auInstance.bid.value(msg.value)();?}??function()?externalpayable{revert();?}}

中科院自动化研究所将面向大中小学生开展区块链等主题的科普讲座:5月21日，新华网讯，今年，中国科学院自动化研究所将举办第十四届“自动化之光”公众科学开放日活动。届时，自动化所将面向大中小学生分别开展《脑与智能》、《区块链技术与平行智能》、《大数据时代的视觉智能》、《动画真奇妙》等4个主题报告，用实例和生动的演示深入浅出地为大家揭示智能技术的原理和奥妙。[2018/5/21]

攻击者先通过攻击合约调用bid()函数向竞拍合约转账成为新的竞拍者currentLeader，然后新的bid()函数被执行进行竞标的时候，当执行到require(currentLeader.send(highestBid))退还以太币操作时，会因为攻击合约的fallback()回退函数执行revert()而无法接收以太币，导致一直为false，其他竞拍者竞拍都会失败，最后攻击合约以较低的以太币赢得竞拍。

针对以上情况，如果需要对外部函数调用的结果进行处理后才能进入新的状态，那么一定要考虑外部调用可能一直失败的情况，也可以添加基于时间的操作，防止外部函数调用一直失败无法满足require判断。

4.相关案例

4.1演示案例

接下来会对拒绝服务攻击做出详细的演示讲解，以及会附上一个实例进行说明。

下面的合约代码是根据漏洞分析中第三点基于外部调用的进展状态讲的合约改的，正常的操作逻辑是任何出价高于当前合约price的都能成为新的president，合约中存款也会通过transfer()函数转账以太币退还给上一个president，这么看的话是没有任何问题的，但是以太坊是有两种账户类型，外部账户和合约账户，如果发起becomePresident()调用的是外部账户那就是正常的操作，但如果发起becomePresident()调用的是合约账户，并且在合约账户的fallback()函数中恶意的使用revert()等报错的函数，那么其他用户在发起becomePresident()时退还以太币给合约账户时会触发fallback()函数而导致报错，无法再正常进行becomePresident()中的逻辑成为新的president了。

那么我们先来看下存在问题的合约代码，这里我们将合约代码设置为PresidentOfCountry.sol：

pragmasolidity^0.4.19;contractPresidentOfCountry?{addresspublicpresident;?//总统地址uint256price;?//出价functionPresidentOfCountry(uint256_price){?//构造函数，设置初始的价格require(_price>0);price=_price;?//设置初始的价格?}functionbecomePresident()?payable?{?//竞争总统require(msg.value>price);?//支付的以太币必须大于当前总统的竞争费president.transfer(price);??//退还以太币给上一任总统president=msg.sender;???//设置新的总统为竞争成功用户price=price;??????//设置最新的竞争价格?}}

科普时报：区块链与云计算长期发展目标不谋而合:据《科普时报》今日报道，区块链与云计算两项技术的结合，从宏观上来说，一方面，利用云计算已有的基础服务设施或根据实际需求做相应改变，实现开发应用流程加速，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源机构、联盟和金融等机构对区块链应用的需求。另一方面，对于云计算来说，“可信、可靠、可控制”被认为是云计算发展必须要翻越的“三座山”，而区块链技术以去中心化、匿名性，以及数据不可篡改为主要特征，与云计算长期发展目标不谋而合。[2018/5/4]

在编写攻击合约之前，我们先来介绍下智能合约的两种账户类型以及fallback函数。

以太坊中有两种账户类型：

外部账户，也就是用户账户，由私钥控制。合约账户，可执行代码和私有状态，由合约代码控制。回退函数(fallbackfunction)：回退函数是每个合约中有且仅有一个没有名字的函数，并且该函数无参数，无返回值，如下所示：

function()publicpayable{...}

回退函数在以下几种情况中被执行：

调用合约时没有匹配到任何一个函数；没有传数据；智能合约收到以太币。下面就来编写攻击合约，主要有两个重点，一个是外部调用becomePresident，二个就是在回退函数中使用revert。

pragmasolidity^0.4.19;import"./PresidentOfCountry.sol";contractAttack?{functionAttack(address_target)?payable?{?//构造函数，设置目标合约地址，用call进行外部调用becomePresident_target.call.value(msg.value)(bytes4(keccak256("becomePresident()")));?}function?()?payable?{?//回退函数，使用revert报错revert();?}}

在Remix中进行调试查看结果，首先使用账户(0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4)设置初始竞争价格并部署漏洞合约代码PresidentOfCountry.sol。

部署好后合约的地址为0xd9145CCE52D386f254917e481eB44e9943F39138，后面在部署攻击合约时需要用到。

点击president可以查看当前竞争者的地址。

使用账户(0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4)调用becomePresident并携带1eth，执行成功后再点击president查看，发现新的总统地址已经变成了0X5B的账户。

此时有一个攻击者(0xAb8483F64d9C6d1EcF9b849Ae677dD3315835cb2)编写了一个攻击者合约Attack.sol，携带2eth并设置_target为PresidentOfCountry合约地址(0xd9145CCE52D386f254917e481eB44e9943F39138)进行部署。

部署好后的攻击合约地址为0xa131AD247055FD2e2aA8b156A11bdEc81b9eAD95，此时再点击president进行查看新总统的地址，发现已经是攻击合约的地址了。

之后如果还有其他用户想来竞争总统位置，就需要大于2eth的价格去调用becomePresident函数，这里有个用户(0xCA35b7d915458EF540aDe6068dFe2F44E8fa733c)想去竞争总统，携带3eth去调用becomePresident，结果发现报错并回退，点击president发现总统地址还是攻击合约没，此时不管是谁使用多少的以太币去调用becomePresident，结果都是失败，该合约已经不能进行正常的操作，这就说明合约受到了拒绝服务攻击。

4.2真实案例

下列代码是实际合约中存在拒绝服务攻击的案例，只写了关键的代码并做了相关的改动。

可以看到合约的关键代码是用作提款操作，但是在提款中有一个判断要提款的金额和用户在该合约中存款的数量是否相等，而并不是大于等于，那么就有可能发生当用户要提出amount数量的代币时，由于各种原因导致balances变动，甚至是用户不想全部提款，从而使得判断条件require(balances==amount);不成立，这时就会造成短暂的拒绝服务攻击。

...functionwithdraw(uint256amount)public{//提款amount数量require(balances==amount);//检查要提款的金额是否等于该用户在合约中的存款?balances-=amount;//修改合约中存款的状态变量?msg.sender.transfer(amount);//转账到用户账户}

而修改的办法就是将判断条件require(balances==amount);修改为require(balances>=amount);就可以了。

4.3历史案例

在历史上，2016年2月6日至8日，在游戏KotET(KingogtheEtherThrone)的「TurbulentAge」期间，就遭受到了拒绝服务攻击，导致部分角色的补偿和未接收款项无法退回玩家的钱包中。

同年6月，GovernMental合约也遭受到了拒绝服务攻击，当时1100个以太币通过使用250万个gas交易而获得，这笔交易超出了合约能负荷的gas上限，从而导致交易暂停。

相关的还有Fomo3D等的拒绝服务攻击。

5.解决办法

通过上面的讲解，我们可以发现拒绝服务攻击在智能合约中的影响也是非常严重的，所以针对拒绝服务攻击，合约开发者应该针对上面漏洞分析时讲到的三种情况进行相应的代码修改。

比如对于外部操作的映射或者数组循环，需要对长度进行限制等；而对于所有者操作需要考虑合约的非唯一性，不要使得合约因为某个权限账户而导致整个业务瘫痪；基于外部调用的进展状态需要对函数的调用进行异常处理，一般来说内部函数的调用不会造成危害。

如果调用失败也只是会进行回退，而外部调用具有不确定性，我们不知道外部调用者想干什么，如果被攻击者攻击，就可能会造成严重的后果，具体表现为恶意返回执行错误，造成正常代码无法执行，从而造成拒绝服务攻击，那么针对这种开发者就应该加入函数执行异常的处理机制。

总的来说，合约开发者需要考虑合约代码的代码逻辑全面性和缜密性等，这样才能更好的杜绝拒绝服务攻击。

6.参考文献

拒绝服务攻击_百度百科(baidu.com)以太坊智能合约安全入门了解一下(rickgray.me)《智能合约安全分析和审计指南》

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