Одит на смарт договори: Изчерпателно ръководство за анализ на уязвимостите в сигурността

Смарт договорите са самоизпълняващи се споразумения, написани в код и разположени в блокчейн мрежи. Те захранват широк спектър от децентрализирани приложения (dApps), от децентрализирани финансови (DeFi) платформи до системи за управление на веригата за доставки. Въпреки това, смарт договорите също са податливи на уязвимости в сигурността, които могат да доведат до значителни финансови загуби и увреждане на репутацията. Тази статия предоставя изчерпателно ръководство за одит на смарт договори, обхващащо ключови концепции, често срещани уязвимости, методологии за одит и най-добри практики за осигуряване на сигурността на вашите децентрализирани приложения.

Какво представлява одитът на смарт договори?

Одитът на смарт договори е процес на систематичен преглед и анализ на кода на смарт договорите с цел идентифициране на потенциални уязвимости в сигурността, грешки и логически пропуски. Това е критична стъпка в жизнения цикъл на разработка на всяко dApp, тъй като помага за смекчаване на рисковете, свързани с внедряването на несигурен код в блокчейн. За разлика от традиционния софтуер, смарт договорите са неизменни веднъж внедрени, което означава, че всякакви уязвимости, открити след внедряването, не могат лесно да бъдат коригирани. Това прави задълбочения одит още по-важен.

Основната цел на одита на смарт договори е да се гарантира, че договорът функционира според предназначението си, е свободен от недостатъци в сигурността и спазва най-добрите практики. Това включва комбинация от ръчен преглед на кода, автоматизирани инструменти за анализ и техники за тестване за идентифициране и справяне с потенциални проблеми.

Защо одитът на смарт договори е важен?

Значението на одита на смарт договори не може да бъде надценено. Последиците от внедряването на уязвими смарт договори могат да бъдат тежки, водещи до:

• Финансови загуби: Уязвимостите могат да бъдат експлоатирани от злонамерени участници за кражба на средства, манипулиране на логиката на договора или нарушаване на функционалността на dApp.
• Увреждане на репутацията: Пробивите в сигурността могат да подкопаят доверието на потребителите и да навредят на репутацията на проекта и неговия екип.
• Правни и регулаторни рискове: В някои юрисдикции внедряването на несигурни смарт договори може да доведе до правни задължения и регулаторни санкции.
• Загуба на потребителско доверие: Потребителите са по-малко склонни да се доверяват и да използват dApps, които имат история на уязвимости в сигурността.

Неотдавнашната история е осеяна с примери за експлоатации, водещи до загуби от милиони долари. Одитът може да предотврати тези загуби и да изгради доверие в платформата.

Често срещани уязвимости в смарт договорите

Разбирането на често срещаните уязвимости в смарт договорите е от съществено значение както за разработчиците, така и за одиторите. Ето някои от най-разпространените видове уязвимости:

1. Повторно влизане (Reentrancy)

Повторното влизане (Reentrancy) е уязвимост, която възниква, когато даден договор осъществи външно повикване към друг договор, преди да е актуализирал собственото си състояние. Това позволява на външния договор да извика обратно първоначалния договор многократно, преди първоначалният договор да е приключил изпълнението на своята логика. Атаките с повторно влизане бяха прочуто експлоатирани при хака на DAO, който доведе до кражбата на Етер на стойност милиони долари.

Пример:

Разгледайте договор, който позволява на потребителите да теглят Етер. Ако договорът изпрати Етер на потребителя, преди да е актуализирал вътрешния си баланс, потребителят може да извика отново договора и да изтегли Етер многократно, преди балансът му да бъде актуализиран.

Смекчаване:

• Използвайте модела "Проверки-Ефекти-Взаимодействия" (Checks-Effects-Interactions), който включва извършване на проверки преди външни повиквания, актуализиране на състоянието преди външни повиквания и ограничаване на взаимодействията с външни договори.
• Използвайте функциите `transfer()` или `send()` за изпращане на Етер, тъй като тези функции ограничават количеството газ, което може да бъде използвано от получателя, предотвратявайки повторно повикване на договора.
• Приложете защити срещу повторно влизане (reentrancy guards), които предотвратяват рекурсивно извикване на функция.

2. Препълване и недопълване на цели числа (Integer Overflow and Underflow)

Препълването и недопълването на цели числа възникват, когато аритметична операция доведе до стойност, която е извън обхвата на типа данни, използван за съхраняване на резултата. Например, ако беззнаково 8-битово цяло число (uint8) се увеличи над 255, то ще се върне към 0. Подобно, ако се намали под 0, то ще се върне към 255.

Пример:

Разгледайте договор за токени, където общото предлагане на токени е представено от беззнаково цяло число. Ако договорът позволява на потребителите да създават нови токени и общото предлагане надвиши максималната стойност на цялото число, то ще се върне към малка стойност, което потенциално ще позволи на нападателите да създадат неограничен брой токени.

Смекчаване:

• Използвайте библиотеки за безопасна математика, като библиотеката SafeMath на OpenZeppelin, които предоставят функции, проверяващи за препълване и недопълване и отменящи транзакцията, ако те възникнат.
• Използвайте по-големи типове данни за цели числа, като uint256, за да намалите вероятността от препълване и недопълване.

3. Отказ на услуга (DoS)

Атаките за отказ на услуга (DoS) целят да нарушат нормалното функциониране на смарт договор, предотвратявайки достъпа на легитимни потребители до неговите услуги. DoS уязвимостите могат да възникнат от различни източници, като проблеми с лимита на газ, препълване на блокове и неочаквани условия за отменяне (revert).

Пример:

Разгледайте договор, който позволява на потребителите да участват в търг. Ако договорът итерира през списък от наддаващи, за да определи победителя, нападател може да създаде голям брой фиктивни наддаващи, за да накара итерацията да консумира прекомерен газ, което да доведе до неуспех на транзакцията. Това може да попречи на легитимните наддаващи да участват в търга.

Смекчаване:

• Избягвайте неограничени цикли и итерации, тъй като те могат да консумират прекомерен газ.
• Приложете пагинация или пакетна обработка, за да ограничите количеството газ, необходимо за всяка транзакция.
• Използвайте "pull" плащания вместо "push" плащания, тъй като "pull" плащанията позволяват на потребителите да изтеглят средства със собствено темпо, намалявайки риска от проблеми с лимита на газ.
• Приложете прекъсвачи на веригата (circuit breakers), които могат временно да деактивират определени функционалности на договора, ако бъде открита DoS атака.

4. Зависимост от времеви маркер (Timestamp Dependence)

Смарт договорите имат достъп до времевия маркер на текущия блок, който се предоставя от миньора, който е добил блока. Въпреки това, миньорите имат известен контрол върху времевия маркер и могат да го манипулират в определени граници. Това може да доведе до уязвимости, ако договорът разчита на времевия маркер за критична логика, като генериране на случайни числа или чувствителни към времето операции.

Пример:

Разгледайте хазартен договор, който използва времевия маркер на блока за генериране на случайно число. Нападател може да повлияе на резултата от играта, като добие блок с времеви маркер, който благоприятства желания от него резултат.

Смекчаване:

• Избягвайте използването на времевия маркер на блока за критична логика.
• Използвайте по-надеждни източници на случайност, като Chainlink VRF или RANDAO.
• Приложете защитни мерки, за да гарантирате, че времевият маркер е в разумен диапазон.

5. Delegatecall

Delegatecall е функция от ниско ниво, която позволява на един договор да изпълнява код от друг договор в контекста на извикващия договор. Това означава, че извикваният договор може да променя съхранението и променливите на състоянието на извикващия договор. Ако се използва неправилно, delegatecall може да доведе до сериозни уязвимости в сигурността.

Пример:

Разгледайте прокси договор, който използва `delegatecall` за препращане на повиквания към логически договор. Ако логическият договор има различно оформление на хранилището от прокси договора, той може да презапише критични променливи на хранилището на прокси договора, което потенциално ще позволи на нападател да поеме контрола над прокси договора.

Смекчаване:

• Уверете се, че оформлението на хранилището на прокси договора и логическия договор са съвместими.
• Внимателно одитирайте кода на логическия договор, за да се уверите, че не съдържа злонамерен код.
• Използвайте добре тествани и одитирани прокси модели, като модела UUPS (Universal Upgradeable Proxy Standard).

6. Контрол на достъпа

Правилният контрол на достъпа е от съществено значение за гарантирането, че само оторизирани потребители могат да извършват определени действия по смарт договор. Недостатъчният или неправилен контрол на достъпа може да позволи на нападатели да заобиколят мерките за сигурност и да получат неоторизиран достъп до чувствителни данни или функционалности.

Пример:

Разгледайте договор, който позволява само на собственика да тегли средства. Ако договорът не проверява правилно самоличността на извикващия, нападател може да се представи за собственика и да изтегли средства.

Смекчаване:

• Използвайте модификатора `onlyOwner` за ограничаване на достъпа до определени функции само до собственика на договора.
• Приложете многоподписна автентификация, за да изисквате няколко страни да одобрят критични действия.
• Използвайте контрол на достъпа, базиран на роли (RBAC), за да дефинирате различни роли и разрешения за различни потребители.
• Приложете списъци за контрол на достъпа (ACLs), за да предоставите или отмените достъп до конкретни ресурси.

7. Необработени изключения

В Solidity изключения могат да бъдат генерирани с помощта на функциите `revert()`, `require()` и `assert()`. Ако едно изключение не бъде обработено правилно, това може да доведе до неочаквано поведение и уязвимости в сигурността.

Пример:

Разгледайте договор, който изпраща Етер на потребител. Ако адресът на потребителя е договор, който генерира изключение при получаване на Етер, транзакцията ще бъде отменена. Въпреки това, ако договорът не обработи правилно изключението, той може да остави състоянието си в непоследователно състояние, което потенциално ще позволи на нападатели да експлоатират непоследователността.

Смекчаване:

• Използвайте модела "Проверки-Ефекти-Взаимодействия", за да минимизирате риска от възникване на изключения по време на външни повиквания.
• Използвайте try-catch блокове за обработка на изключения и отменяне на транзакцията, ако е необходимо.
• Избягвайте извършването на външни повиквания, които вероятно ще генерират изключения.

8. Предварително изпълнение (Front Running)

Предварителното изпълнение (Front running) възниква, когато нападател наблюдава предстояща транзакция и изпраща своя собствена транзакция с по-висока цена на газ, за да я изпълни преди оригиналната транзакция. Това може да позволи на нападателя да спечели от оригиналната транзакция или да манипулира нейния резултат.

Пример:

Разгледайте децентрализирана борса (DEX), където потребителите могат да търгуват с токени. Ако нападател забележи голяма поръчка за покупка, той може да изпрати своя собствена поръчка за покупка с малко по-висока цена на газ, за да я изпълни преди оригиналната поръчка. Това позволява на нападателя да закупи токените на по-ниска цена и след това да ги продаде на оригиналния купувач на по-висока цена.

Смекчаване:

• Използвайте схеми за "commit-reveal", които изискват от потребителите да "ангажират" своите транзакции, преди да ги разкрият във веригата.
• Използвайте извън-верижни среди за изпълнение, като решения за мащабиране от слой 2, за да намалите видимостта на транзакциите.
• Приложете алгоритми за съвпадение на поръчки, които са устойчиви на предварително изпълнение.

Методологии за одит на смарт договори

Одитите на смарт договори обикновено включват комбинация от ръчен преглед на кода, автоматизирани инструменти за анализ и техники за тестване. Ето някои от най-често срещаните методологии:

1. Ръчен преглед на кода

Ръчният преглед на кода е процес на внимателно изследване на кода на смарт договора ред по ред, за да се идентифицират потенциални уязвимости, грешки и логически пропуски. Това е отнемаща време, но съществена част от процеса на одит, тъй като позволява на одиторите да придобият задълбочено разбиране на функционалността на договора и да идентифицират проблеми, които може да не бъдат открити от автоматизирани инструменти.

Най-добри практики:

• Използвайте структуриран подход, като OWASP Smart Contract Top 10, за да ръководите процеса на преглед.
• Документирайте всички констатации и препоръки по ясен и кратък начин.
• Включете множество одитори с различен опит, за да осигурите задълбочен преглед.
• Използвайте инструменти за преглед на кода, за да подчертаете потенциални проблеми и да проследявате напредъка.

2. Статичен анализ

Статичният анализ включва анализиране на кода на смарт договора, без да го изпълнява. Това позволява на одиторите да идентифицират потенциални уязвимости, като препълване и недопълване на цели числа, повторно влизане и зависимост от времеви маркер, без да стартират договора в блокчейн. Инструментите за статичен анализ могат да автоматизират голяма част от процеса на преглед на кода, правейки го по-ефективен и по-малко податлив на човешки грешки.

Популярни инструменти:

• Slither
• Mythril
• Securify
• Oyente

3. Динамичен анализ

Динамичният анализ включва изпълнение на кода на смарт договора в контролирана среда, за да се наблюдава поведението му и да се идентифицират потенциални уязвимости. Това може да се направи с помощта на "fuzzing" техники, които включват предоставяне на договора с голям брой случайни входове, за да се опита да предизвика неочаквано поведение, или чрез символично изпълнение, което включва изследване на всички възможни пътища за изпълнение на договора.

Популярни инструменти:

• Echidna
• MythX
• Manticore

4. Формална верификация

Формалната верификация е математическа техника, която включва доказване на коректността на смарт договор чрез формално специфициране на неговото предвидено поведение и след това проверка дали кодът отговаря на спецификацията. Това е изключително строг, но също така отнемащ време и сложен процес, който обикновено се използва за критични договори, където сигурността е от първостепенно значение.

Популярни инструменти:

• Certora Prover
• K Framework
• Isabelle/HOL

5. Оптимизация на газ

Оптимизацията на газ е процес на намаляване на количеството газ, необходимо за изпълнението на смарт договор. Това е важно, защото разходите за газ могат да бъдат значителни, особено за сложни договори. Оптимизацията на газ може също така да подобри производителността на договора и да намали риска от атаки за отказ на услуга.

Най-добри практики:

• Използвайте ефективни структури от данни и алгоритми.
• Минимизирайте броя на четенето и записването в хранилището.
• Използвайте calldata вместо памет за аргументи на функции.
• Кеширайте често достъпни данни.
• Избягвайте ненужни цикли и итерации.

Процесът на одит на смарт договори

Типичният процес на одит на смарт договор включва следните стъпки:

1. Определяне на обхват: Дефинирайте обхвата на одита, включително договорите за одит, функционалностите за тестване и целите за сигурност, които трябва да бъдат постигнати.
2. Събиране на информация: Съберете информация за проекта, включително архитектурата, бизнес логиката, средата за внедряване и потенциалните вектори на атака.
3. Преглед на кода: Извършете ръчен преглед на кода, за да идентифицирате потенциални уязвимости, грешки и логически пропуски.
4. Автоматизиран анализ: Използвайте инструменти за статичен и динамичен анализ, за да автоматизирате процеса на преглед на кода и да идентифицирате допълнителни уязвимости.
5. Тестване: Извършете модулни тестове, интеграционни тестове и "fuzzing" тестове, за да проверите функционалността и сигурността на договора.
6. Отчитане: Документирайте всички констатации и препоръки в изчерпателен одитен доклад.
7. Отстраняване: Работете с екипа за разработка за отстраняване на идентифицираните уязвимости и прилагане на препоръчаните мерки за сигурност.
8. Повторен одит: Извършете повторен одит, за да проверите дали отстранените уязвимости са успешно решени.

Избор на одитна фирма

Изборът на правилната одитна фирма е от решаващо значение за осигуряване на сигурността на вашите смарт договори. Ето някои фактори, които трябва да вземете предвид при избора на одитна фирма:

• Опит: Изберете фирма с доказан опит в одитирането на смарт договори и задълбочено разбиране на блокчейн технологията.
• Експертиза: Уверете се, че фирмата има експертни познания в специфичните езици за програмиране и рамки, използвани във вашите смарт договори.
• Репутация: Проверете репутацията и референциите на фирмата, за да се уверите, че са надеждни и заслужаващи доверие.
• Методология: Разберете одитната методология на фирмата и се уверете, че тя съответства на вашите цели за сигурност.
• Комуникация: Изберете фирма, която е отзивчива и комуникативна, и която е готова да работи с вас за разрешаване на всякакви притеснения.
• Цена: Сравнете разходите на различни фирми и изберете такава, която предлага справедлива цена за предоставените услуги. Въпреки това, не правете компромис с качеството заради цената.

Най-добри практики за сигурност на смарт договорите

В допълнение към одита, има няколко най-добри практики, които разработчиците могат да следват, за да подобрят сигурността на своите смарт договори:

• Пишете ясен и кратък код: Използвайте смислени имена на променливи, коментари и последователен стил на кодиране, за да направите кода по-лесен за разбиране и преглед.
• Следвайте най-добрите практики за сигурност: Придържайте се към установени най-добри практики за сигурност, като OWASP Smart Contract Top 10.
• Използвайте добре тествани и одитирани библиотеки: Използвайте добре тествани и одитирани библиотеки, като OpenZeppelin Contracts, за да избегнете "преоткриване на колелото" и въвеждане на нови уязвимости.
• Приложете правилен контрол на достъпа: Използвайте модификатора `onlyOwner`, многоподписна автентификация и контрол на достъпа, базиран на роли, за да ограничите достъпа до чувствителни функционалности.
• Обработвайте изключенията правилно: Използвайте try-catch блокове за обработка на изключения и отменяне на транзакцията, ако е необходимо.
• Тествайте обстойно: Извършете модулни тестове, интеграционни тестове и "fuzzing" тестове, за да проверите функционалността и сигурността на договора.
• Бъдете в крак с последните заплахи за сигурността: Бъдете информирани за най-новите заплахи и уязвимости в сигурността и актуализирайте кода си съответно.
• Обмислете формална верификация за критични договори: Използвайте формална верификация, за да докажете математически коректността на критични договори.
• Приложете мониторинг и сигнализация: Приложете системи за мониторинг и сигнализация за откриване и реагиране на потенциални инциденти със сигурността.
• Имайте програма за "bug bounty": Предложете програма за "bug bounty", за да стимулирате изследователите по сигурността да намират и докладват уязвимости.

Бъдещето на одита на смарт договори

Областта на одита на смарт договори постоянно се развива, тъй като се появяват нови технологии и уязвимости. Ето някои тенденции, които оформят бъдещето на одита на смарт договори:

• Повишена автоматизация: Автоматизираните инструменти за анализ стават все по-сложни и способни да откриват по-широк спектър от уязвимости.
• Приемане на формална верификация: Формалната верификация става все по-достъпна и практична, което я прави жизнеспособна опция за по-широк кръг договори.
• Одит, задвижван от ИИ: Изкуственият интелект (ИИ) и машинното обучение (МО) се използват за разработване на нови одитни инструменти, които могат автоматично да идентифицират и приоритизират уязвимости.
• Стандартизирани одитни рамки: Предприемат се усилия за разработване на стандартизирани одитни рамки и сертификати, за да се гарантира качеството и последователността на одитите на смарт договори.
• Одит, управляван от общността: Появяват се одитни платформи, управлявани от общността, които позволяват на разработчиците да изпращат своите договори за преглед от общност от експерти по сигурността.

Заключение

Одитът на смарт договори е критичен аспект за осигуряване на сигурността и надеждността на децентрализираните приложения. Чрез разбиране на често срещаните уязвимости, прилагане на стабилни одитни методологии и следване на най-добрите практики за сигурност, разработчиците могат да смекчат рисковете, свързани с внедряването на несигурен код в блокчейн. Тъй като блокчейн екосистемата продължава да расте и да се развива, значението на одита на смарт договори само ще нараства.

Инвестирането в задълбочен одит не е просто разход; това е инвестиция в дългосрочния успех и устойчивост на вашия проект. Като приоритизирате сигурността, можете да изградите доверие у потребителите си, да защитите активите си и да допринесете за по-сигурно и устойчиво децентрализирано бъдеще. Тъй като глобалният пейзаж на смарт договорите узрява, проактивните мерки за сигурност, включително цялостни одити, ще бъдат от съществено значение за насърчаване на широкото приемане и поддържане на целостта на блокчейн приложенията в различни международни контексти.