Русский

Всестороннее исследование аудита смарт-контрактов с упором на распространенные уязвимости, методологии аудита и лучшие практики для безопасной разработки.

Аудит смарт-контрактов: выявление уязвимостей в безопасности блокчейна

Смарт-контракты — это самоисполняющиеся соглашения, записанные в коде и развернутые в блокчейне. Их неизменяемость и децентрализованный характер делают их мощными инструментами для автоматизации различных процессов, от финансовых транзакций до управления цепочками поставок. Однако те же особенности, которые делают смарт-контракты привлекательными, также несут в себе значительные риски безопасности. После развертывания смарт-контракты чрезвычайно трудно, если не невозможно, изменить. Поэтому тщательный аудит имеет решающее значение для выявления и устранения уязвимостей до развертывания, предотвращая потенциально катастрофические последствия, такие как потеря средств, утечки данных и репутационный ущерб. Это руководство представляет собой всесторонний обзор аудита смарт-контрактов, сфокусированный на распространенных уязвимостях, методологиях аудита и лучших практиках безопасной разработки на блокчейне, предназначенный для глобальной аудитории с разным уровнем технической подготовки.

Почему важен аудит смарт-контрактов?

Важность аудита смарт-контрактов невозможно переоценить. В отличие от традиционного программного обеспечения, смарт-контракты часто управляют значительными финансовыми активами и регулируются неизменяемым кодом. Одна-единственная уязвимость может быть использована для вывода миллионов долларов, нарушения работы децентрализованных приложений (dApps) и подрыва доверия ко всей экосистеме блокчейна. Вот почему аудит необходим:

Распространенные уязвимости смарт-контрактов

Понимание распространенных уязвимостей — это первый шаг к эффективному аудиту смарт-контрактов. Вот подробный обзор некоторых из наиболее частых рисков безопасности:

Reentrancy (повторный вход)

Описание: Уязвимость повторного входа (reentrancy) возникает, когда контракт вызывает другой контракт до обновления собственного состояния. Вызванный контракт может затем рекурсивно вызвать исходный контракт, потенциально выводя средства или манипулируя данными. Это одна из самых известных и опасных уязвимостей смарт-контрактов. Рассмотрим упрощенный протокол кредитования, где пользователь может выводить свои средства. Если функция вывода средств не обновляет баланс пользователя перед отправкой средств, вредоносный контракт может повторно войти в функцию вывода несколько раз, выводя больше средств, чем ему положено.

Пример: Взлом The DAO использовал уязвимость reentrancy в своей функции вывода средств. Злоумышленник рекурсивно вызывал функцию вывода, опустошая фонды DAO до того, как баланс мог быть обновлен.

Меры по устранению:

Целочисленное переполнение и опустошение

Описание: Целочисленное переполнение происходит, когда результат арифметической операции превышает максимальное значение, которое может хранить тип данных. Целочисленное опустошение происходит, когда результат арифметической операции становится меньше минимального значения для данного типа данных. В версиях Solidity до 0.8.0 эти условия могли приводить к неожиданному поведению и уязвимостям безопасности.

Пример: Если беззнаковое 8-битное целое число (uint8) имеет значение 255 и вы добавляете к нему 1, оно переполнится и «обернется» в 0. Аналогично, если uint8 имеет значение 0 и вы вычитаете из него 1, оно опустошится и «обернется» в 255. Это может быть использовано для манипулирования балансами, запасами токенов или другими критически важными данными.

Меры по устранению:

Зависимость от временной метки

Описание: Опора на временную метку блока (`block.timestamp`) для критической логики может быть рискованной, поскольку майнеры имеют некоторый контроль над этой меткой. Это может быть использовано для манипулирования результатами операций, зависящих от времени, таких как лотереи или аукционы. У майнеров в разных географических точках могут быть немного разные настройки часов, но что более важно, майнеры могут стратегически корректировать временную метку в определенном диапазоне.

Пример: Смарт-контракт лотереи, который использует временную метку блока для определения победителя, может быть подвержен манипуляциям со стороны майнеров в пользу определенных участников. Майнер может немного скорректировать временную метку, чтобы транзакция, отправленная предпочтительным участником, была включена в блок с временной меткой, которая сделает его победителем.

Меры по устранению:

Уязвимости контроля доступа

Описание: Неправильный контроль доступа может позволить неавторизованным пользователям выполнять привилегированные действия, такие как изменение параметров контракта, вывод средств или удаление данных. Это может привести к катастрофическим последствиям, если злоумышленники получат контроль над критически важными функциями контракта.

Пример: Смарт-контракт, который позволяет любому изменить адрес владельца, может быть использован злоумышленником, который изменит владельца на свой собственный адрес, предоставив себе полный контроль над контрактом.

Меры по устранению:

Оптимизация газа

Описание: Оптимизация газа имеет решающее значение для минимизации транзакционных издержек и предотвращения атак типа «отказ в обслуживании» (DoS). Неэффективный код может потреблять избыточное количество газа, делая транзакции дорогими или даже невозможными для выполнения. DoS-атаки могут использовать неэффективность расхода газа для истощения средств контракта или предотвращения взаимодействия с ним легитимных пользователей.

Пример: Смарт-контракт, который итерирует по большому массиву с помощью цикла, не оптимизированного по потреблению газа, может потреблять избыточный газ, делая транзакции, включающие этот цикл, дорогими. Злоумышленник может использовать это, отправляя транзакции, которые запускают цикл, истощая средства контракта или мешая легитимным пользователям взаимодействовать с ним.

Меры по устранению:

Отказ в обслуживании (DoS)

Описание: Атаки типа «отказ в обслуживании» (DoS) направлены на то, чтобы сделать смарт-контракт недоступным для легитимных пользователей. Это может быть достигнуто путем эксплуатации неэффективности расхода газа, манипулирования состоянием контракта или заваливания контракта недействительными транзакциями. Некоторые уязвимости DoS могут быть случайными, вызванными плохими практиками кодирования.

Пример: Контракт, который позволяет пользователям вносить эфир, а затем итерирует по всем вкладчикам для возврата средств, может быть уязвим для DoS-атаки. Злоумышленник может создать большое количество мелких вкладов, делая процесс возврата средств непомерно дорогим и не позволяя легитимным пользователям получить свои средства.

Меры по устранению:

Уязвимости `delegatecall`

Описание: Функция `delegatecall` позволяет контракту выполнять код из другого контракта в контексте хранилища вызывающего контракта. Это может быть опасно, если вызываемый контракт не является доверенным или содержит вредоносный код, так как он потенциально может перезаписать хранилище вызывающего контракта и захватить над ним контроль. Это особенно актуально при использовании прокси-паттернов.

Пример: Прокси-контракт, использующий `delegatecall` для перенаправления вызовов к контракту-реализации, может быть уязвим, если контракт-реализация скомпрометирован. Злоумышленник может развернуть вредоносный контракт-реализацию и обманом заставить прокси-контракт делегировать ему вызовы, что позволит перезаписать хранилище прокси-контракта и захватить над ним контроль.

Меры по устранению:

Необработанные исключения

Описание: Неправильная обработка исключений может привести к неожиданному поведению и уязвимостям безопасности. Когда происходит исключение, транзакция обычно отменяется, но если исключение не обработано корректно, состояние контракта может остаться в несогласованном или уязвимом состоянии. Это особенно важно при взаимодействии с внешними контрактами.

Пример: Контракт, который вызывает внешний контракт для перевода токенов, но не проверяет наличие ошибок, может быть уязвим, если внешний контракт отменит транзакцию. Если вызывающий контракт не обработает ошибку, его состояние может остаться несогласованным, что потенциально приведет к потере средств.

Меры по устранению:

Фронтраннинг (Front Running)

Описание: Фронтраннинг происходит, когда злоумышленник замечает ожидающую транзакцию и отправляет свою собственную транзакцию с более высокой ценой за газ, чтобы она была выполнена раньше исходной. Это может быть использовано для получения прибыли или манипулирования результатом исходной транзакции. Это явление распространено на децентрализованных биржах (DEX).

Пример: Злоумышленник может опередить крупный ордер на покупку на DEX, отправив свой собственный ордер на покупку с более высокой ценой за газ, тем самым подняв цену актива до выполнения исходного ордера. Это позволяет злоумышленнику получить прибыль от повышения цены.

Меры по устранению:

Атака короткого адреса

Описание: Атака короткого адреса, также известная как атака с дополнением (padding attack), эксплуатирует уязвимости в том, как некоторые смарт-контракты обрабатывают адреса. Отправляя адрес, который короче ожидаемой длины, злоумышленники могут манипулировать входными данными и потенциально перенаправлять средства или вызывать непреднамеренную функциональность. Эта уязвимость особенно актуальна при использовании старых версий Solidity или взаимодействии с контрактами, которые не имеют надлежащей проверки входных данных.

Пример: Представьте себе функцию перевода токенов, которая ожидает 20-байтовый адрес в качестве входных данных. Злоумышленник может отправить 19-байтовый адрес, и EVM может дополнить адрес нулевым байтом. Если контракт не проверяет должным образом длину, это может привести к отправке средств на другой адрес, отличный от предполагаемого.

Меры по устранению:

Методологии аудита смарт-контрактов

Аудит смарт-контрактов — это многогранный процесс, который включает в себя сочетание ручного анализа, автоматизированных инструментов и техник формальной верификации. Вот обзор ключевых методологий:

Ручной обзор кода

Ручной обзор кода — это краеугольный камень аудита смарт-контрактов. Он включает в себя тщательное изучение исходного кода экспертом по безопасности для выявления потенциальных уязвимостей, логических ошибок и отклонений от лучших практик. Это требует глубокого понимания принципов безопасности смарт-контрактов, распространенных векторов атак и специфической логики проверяемого контракта. Аудитор должен понимать предполагаемую функциональность, чтобы точно выявлять несоответствия или уязвимости.

Ключевые шаги:

Инструменты автоматизированного анализа

Инструменты автоматизированного анализа могут помочь оптимизировать процесс аудита, автоматически обнаруживая распространенные уязвимости и «запахи» в коде. Эти инструменты используют методы статического анализа для выявления потенциальных проблем безопасности без фактического выполнения кода. Однако автоматизированные инструменты не заменяют ручной обзор кода, так как они могут пропустить тонкие уязвимости или выдавать ложноположительные результаты.

Популярные инструменты:

Фаззинг

Фаззинг — это техника динамического тестирования, которая заключается в подаче в смарт-контракт большого количества случайных или полуслучайных входных данных для выявления потенциальных уязвимостей или неожиданного поведения. Фаззинг может помочь обнаружить ошибки, которые могли быть пропущены инструментами статического анализа или при ручном обзоре кода. Однако фаззинг не является исчерпывающей техникой тестирования и должен использоваться в сочетании с другими методологиями аудита.

Популярные инструменты для фаззинга:

Формальная верификация

Формальная верификация — это самый строгий метод обеспечения корректности и безопасности смарт-контрактов. Он включает использование математических техник для формального доказательства того, что смарт-контракт удовлетворяет набору предопределенных спецификаций. Формальная верификация может обеспечить высокий уровень уверенности в том, что смарт-контракт не содержит ошибок и уязвимостей, но это также сложный и трудоемкий процесс.

Ключевые шаги:

Инструменты:

Программы Bug Bounty

Программы Bug Bounty (поощрения за нахождение ошибок) стимулируют исследователей безопасности находить и сообщать об уязвимостях в смарт-контрактах. Предлагая вознаграждение за действительные отчеты об ошибках, программы bug bounty могут помочь выявить уязвимости, которые могли быть пропущены внутренними аудиторскими усилиями. Эти программы создают непрерывный цикл обратной связи, дополнительно усиливая уровень безопасности смарт-контракта. Убедитесь, что рамки программы bug bounty четко определены, с указанием того, какие контракты и типы уязвимостей входят в ее область действия, а также правил участия и распределения вознаграждений. Платформы, такие как Immunefi, облегчают проведение программ bug bounty.

Лучшие практики безопасной разработки смарт-контрактов

Предотвращение уязвимостей с самого начала — самый эффективный способ обеспечения безопасности смарт-контрактов. Вот некоторые лучшие практики для безопасной разработки смарт-контрактов:

Выбор аудитора смарт-контрактов

Выбор правильного аудитора имеет решающее значение для обеспечения безопасности ваших смарт-контрактов. Вот некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе аудитора:

Будущее аудита смарт-контрактов

Сфера аудита смарт-контрактов постоянно развивается по мере обнаружения новых уязвимостей и появления новых технологий. Вот некоторые тенденции, которые формируют будущее аудита смарт-контрактов:

Заключение

Аудит смарт-контрактов — это критически важный процесс для обеспечения безопасности и надежности блокчейн-приложений. Понимая распространенные уязвимости, внедряя практики безопасного кодирования и проводя тщательные аудиты, разработчики могут минимизировать риск нарушений безопасности и защитить активы своих пользователей. По мере роста экосистемы блокчейна важность аудита смарт-контрактов будет только возрастать. Проактивные меры безопасности в сочетании с развивающимися методологиями аудита необходимы для укрепления доверия и содействия внедрению технологии блокчейн во всем мире. Помните, что безопасность — это непрерывный процесс, а не разовое событие. Регулярные аудиты в сочетании с постоянным мониторингом и обслуживанием имеют решающее значение для поддержания долгосрочной безопасности ваших смарт-контрактов.