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WTF Solidity 合约安全: S05. 整型溢出

我最近在重新学 Solidity，巩固一下细节，也写一个“WTF Solidity 合约安全”，供小白们使用（编程大佬可以另找教程），每周更新 1-3 讲。

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这一讲，我们将介绍整型溢出漏洞（Arithmetic Over/Under Flows）。这是一个比较经典的漏洞，Solidity 0.8版本后内置了Safemath库，因此很少发生。

整型溢出​

以太坊虚拟机（EVM）为整型设置了固定大小，因此它只能表示特定范围的数字。例如 uint8，只能表示 [0,255] 范围内的数字。如果给 uint8 类型变量的赋值 257，则会上溢（overflow）变为 1；如果给它赋值-1，则会下溢（underflow）变为255。

攻击者可以利用这个漏洞进行攻击：想象一下，黑客余额为0，他凭空花 $1 之后，余额突然变成了 $2^256-1。2018年的土狗项目 PoWHC 因为这个漏洞被盗了 866 ETH。

漏洞合约例子​

下面这个例子是一个简单的代币合约，参考了 Ethernaut 中的合约。它有 2 个状态变量：balances 记录了每个地址的余额，totalSupply 记录了代币总供给。

它有 3 个函数：

  • 构造函数：初始化代币总供给。
  • transfer()：转账函数。
  • balanceOf()：查询余额函数。

由于solidity 0.8.0 版本之后会自动检查整型溢出错误，溢出时会报错。如果我们要重现这种漏洞，需要使用 unchecked 关键字，在代码块中临时关掉溢出检查，就像我们在 transfer() 函数中做的那样。

这个例子中的漏洞就出现在transfer() 函数中，require(balances[msg.sender] - _value >= 0); 这个检查由于整型溢出，永远都会通过。因此用户可以无限转账。

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.21;

contract Token {
  mapping(address => uint) balances;
  uint public totalSupply;

  constructor(uint _initialSupply) {
    balances[msg.sender] = totalSupply = _initialSupply;
  }
  
  function transfer(address _to, uint _value) public returns (bool) {
    unchecked{
        require(balances[msg.sender] - _value >= 0);
        balances[msg.sender] -= _value;
        balances[_to] += _value;
    }
    return true;
  }
  function balanceOf(address _owner) public view returns (uint balance) {
    return balances[_owner];
  }
}

Remix 复现​

  1. 部署 Token 合约，将总供给设为 100。
  2. 向另一个账户转账 1000 个代币，可以转账成功。
  3. 查询自己账户的余额，发现是一个非常大的数字，约为2^256。

预防办法​

  1. Solidity 0.8.0 之前的版本，在合约中引用 Safemath 库，在整型溢出时报错。

  2. Solidity 0.8.0 之后的版本内置了 Safemath，因此几乎不存在这类问题。开发者有时会为了节省gas使用 unchecked 关键字在代码块中临时关闭整型溢出检测，这时要确保不存在整型溢出漏洞。

总结​

这一讲，我们介绍了经典的整型溢出漏洞，由于solidity 0.8.0 版本后内置 Safemath 的整型溢出检查，这类漏洞已经很少见了。