Аудит смарт-контрактів: Комплексний посібник з аналізу вразливостей безпеки

Смарт-контракти - це самовиконувані угоди, написані кодом і розгорнуті в мережах блокчейну. Вони забезпечують роботу широкого спектру децентралізованих додатків (dApps), від платформ децентралізованого фінансування (DeFi) до систем управління ланцюгами поставок. Однак, смарт-контракти також схильні до вразливостей безпеки, які можуть призвести до значних фінансових втрат і репутаційної шкоди. Ця стаття надає вичерпний посібник з аудиту смарт-контрактів, охоплюючи ключові концепції, поширені вразливості, методології аудиту та найкращі практики для забезпечення безпеки ваших децентралізованих додатків.

Що таке аудит смарт-контрактів?

Аудит смарт-контрактів - це процес систематичного перегляду та аналізу коду смарт-контракту для виявлення потенційних вразливостей безпеки, помилок і логічних неточностей. Це важливий крок у життєвому циклі розробки будь-якого dApp, оскільки він допомагає зменшити ризики, пов'язані з розгортанням незахищеного коду на блокчейні. На відміну від традиційного програмного забезпечення, смарт-контракти є незмінними після розгортання, а це означає, що будь-які вразливості, виявлені після розгортання, неможливо легко виправити. Це робить ретельний аудит ще більш важливим.

Основна мета аудиту смарт-контракту - забезпечити, щоб контракт функціонував належним чином, не містив недоліків безпеки та відповідав найкращим практикам. Це передбачає поєднання ручного перегляду коду, автоматизованих інструментів аналізу та методів тестування для виявлення та усунення потенційних проблем.

Чому аудит смарт-контрактів важливий?

Важливість аудиту смарт-контрактів неможливо переоцінити. Наслідки розгортання вразливих смарт-контрактів можуть бути серйозними, що призведе до:

• Фінансові втрати: Вразливості можуть бути використані зловмисниками для крадіжки коштів, маніпулювання логікою контракту або порушення функціональності dApp.
• Репутаційна шкода: Порушення безпеки можуть підірвати довіру користувачів і зашкодити репутації проекту та його команди.
• Юридичні та регуляторні ризики: У деяких юрисдикціях розгортання незахищених смарт-контрактів може призвести до юридичної відповідальності та регуляторних штрафів.
• Втрата довіри користувачів: Користувачі з меншою ймовірністю будуть довіряти та використовувати dApps, які мають історію вразливостей безпеки.

Нещодавня історія рясніє прикладами експлойтів, що призвели до мільйонних збитків. Аудит може запобігти цим втратам і встановити довіру до платформи.

Поширені вразливості смарт-контрактів

Розуміння поширених вразливостей смарт-контрактів має важливе значення як для розробників, так і для аудиторів. Ось деякі з найпоширеніших типів вразливостей:

1. Reentrancy

Reentrancy - це вразливість, яка виникає, коли контракт робить зовнішній виклик до іншого контракту перед оновленням власного стану. Це дозволяє зовнішньому контракту повторно викликати початковий контракт кілька разів до того, як початковий контракт завершить виконання своєї логіки. Атаки Reentrancy були відомим чином використані в хакі DAO, що призвело до крадіжки мільйонів доларів в Ether.

Приклад:

Розглянемо контракт, який дозволяє користувачам виводити Ether. Якщо контракт надсилає Ether користувачеві перед оновленням свого внутрішнього балансу, користувач може повторно викликати контракт і вивести Ether кілька разів до оновлення їх балансу.

Пом'якшення:

• Використовуйте шаблон "Checks-Effects-Interactions", який передбачає виконання перевірок перед здійсненням зовнішніх викликів, оновлення стану перед здійсненням зовнішніх викликів і обмеження взаємодії із зовнішніми контрактами.
• Використовуйте функції `transfer()` або `send()` для надсилання Ether, оскільки ці функції обмежують обсяг газу, який може бути використаний одержувачем, запобігаючи їх повторному виклику контракту.
• Реалізуйте захист від повторного входу, який запобігає рекурсивному виклику функції.

2. Integer Overflow and Underflow

Переповнення та заповнення цілих чисел відбуваються, коли арифметична операція призводить до значення, яке знаходиться за межами діапазону типу даних, що використовується для зберігання результату. Наприклад, якщо 8-бітне ціле число без знаку (uint8) збільшено понад 255, воно перейде до 0. Подібним чином, якщо його зменшено нижче 0, воно перейде до 255.

Приклад:

Розглянемо токен-контракт, де загальна пропозиція токенів представлена цілим числом без знаку. Якщо контракт дозволяє користувачам карбувати нові токени, а загальна пропозиція перевищує максимальне значення цілого числа, воно перейде до малого значення, потенційно дозволяючи зловмисникам карбувати необмежену кількість токенів.

Пом'якшення:

• Використовуйте бібліотеки безпечної математики, такі як бібліотека SafeMath OpenZeppelin, яка надає функції, які перевіряють наявність переповнення та заповнення та скасовують транзакцію, якщо вони відбуваються.
• Використовуйте більші типи даних цілих чисел, такі як uint256, щоб зменшити ймовірність переповнення та заповнення.

3. Denial of Service (DoS)

Атаки Denial of Service (DoS) спрямовані на порушення нормального функціонування смарт-контракту, запобігаючи доступу законних користувачів до його послуг. Вразливості DoS можуть виникати з різних джерел, таких як проблеми з обмеженням газу, заповнення блоків і несподівані умови повернення.

Приклад:

Розглянемо контракт, який дозволяє користувачам брати участь в аукціоні. Якщо контракт перебирає список учасників торгів, щоб визначити переможця, зловмисник може створити велику кількість фіктивних учасників торгів, щоб ітерація споживала надмірний газ, що призведе до збою транзакції. Це може перешкодити законним учасникам торгів брати участь в аукціоні.

Пом'якшення:

• Уникайте необмежених циклів та ітерацій, оскільки вони можуть споживати надмірний газ.
• Реалізуйте розбиття на сторінки або пакетну обробку, щоб обмежити обсяг газу, необхідний для кожної транзакції.
• Використовуйте виплати з отриманням замість виплат з натисканням, оскільки виплати з отриманням дозволяють користувачам знімати кошти у власному темпі, зменшуючи ризик проблем з обмеженням газу.
• Реалізуйте автоматичні вимикачі, які можуть тимчасово вимкнути певні функції контракту, якщо виявлено DoS-атаку.

4. Timestamp Dependence

Смарт-контракти можуть отримати доступ до часової мітки поточного блоку, яка надається майнером, який видобув блок. Однак майнери мають певний контроль над часовою міткою і можуть маніпулювати нею в певних межах. Це може призвести до вразливостей, якщо контракт покладається на часову мітку для критичної логіки, такої як генерація випадкових чисел або чутливі до часу операції.

Приклад:

Розглянемо контракт азартних ігор, який використовує часову мітку блоку для генерування випадкового числа. Зловмисник може вплинути на результат гри, видобуваючи блок з часовою міткою, яка сприяє бажаному результату.

Пом'якшення:

• Уникайте використання часової мітки блоку для критичної логіки.
• Використовуйте більш надійні джерела випадковості, такі як Chainlink VRF або RANDAO.
• Реалізуйте захисні заходи, щоб переконатися, що часова мітка знаходиться в межах розумного діапазону.

5. Delegatecall

`delegatecall` - це низькорівнева функція, яка дозволяє контракту виконувати код з іншого контракту в контексті контракту, що викликає. Це означає, що викликаний контракт може змінювати змінні зберігання та стану контракту, що викликає. У разі неправильного використання `delegatecall` може призвести до серйозних вразливостей безпеки.

Приклад:

Розглянемо проксі-контракт, який використовує `delegatecall` для пересилання викликів до логічного контракту. Якщо логічний контракт має іншу схему зберігання, ніж проксі-контракт, він може перезаписати критичні змінні зберігання проксі-контракту, потенційно дозволяючи зловмиснику отримати контроль над проксі-контрактом.

Пом'якшення:

• Переконайтеся, що схема зберігання проксі-контракту та логічного контракту сумісні.
• Уважно перевірте код логічного контракту, щоб переконатися, що він не містить зловмисного коду.
• Використовуйте добре протестовані та перевірені проксі-шаблони, такі як шаблон UUPS (Universal Upgradeable Proxy Standard).

6. Access Control

Належний контроль доступу має важливе значення для забезпечення того, щоб лише авторизовані користувачі могли виконувати певні дії над смарт-контрактом. Недостатній або неправильний контроль доступу може дозволити зловмисникам обійти заходи безпеки та отримати несанкціонований доступ до конфіденційних даних або функцій.

Приклад:

Розглянемо контракт, який дозволяє лише власнику знімати кошти. Якщо контракт не перевіряє належним чином особу того, хто викликає, зловмисник може видати себе за власника та зняти кошти.

Пом'якшення:

• Використовуйте модифікатор `onlyOwner`, щоб обмежити доступ до певних функцій власником контракту.
• Реалізуйте багатопідписну автентифікацію, щоб вимагати від кількох сторін схвалення критичних дій.
• Використовуйте контроль доступу на основі ролей (RBAC), щоб визначити різні ролі та дозволи для різних користувачів.
• Реалізуйте списки контролю доступу (ACL), щоб надавати або відкликати доступ до певних ресурсів.

7. Unhandled Exceptions

У Solidity винятки можна викликати за допомогою функцій `revert()`, `require()` і `assert()`. Якщо виняток не обробляється належним чином, це може призвести до несподіваної поведінки та вразливостей безпеки.

Приклад:

Розглянемо контракт, який надсилає Ether користувачеві. Якщо адреса користувача є контрактом, який викликає виняток під час отримання Ether, транзакція буде скасована. Однак, якщо контракт не обробляє виняток належним чином, він може залишити свій стан у неузгодженому стані, потенційно дозволяючи зловмисникам використати неузгодженість.

Пом'якшення:

• Використовуйте шаблон "Checks-Effects-Interactions", щоб мінімізувати ризик виникнення винятків під час зовнішніх викликів.
• Використовуйте блоки try-catch для обробки винятків і скасування транзакції, якщо це необхідно.
• Уникайте здійснення зовнішніх викликів, які, ймовірно, викликатимуть винятки.

8. Front Running

Front running виникає, коли зловмисник спостерігає за очікуваною транзакцією та надсилає власну транзакцію з вищою ціною газу, щоб виконати її перед початковою транзакцією. Це може дозволити зловмиснику отримати прибуток від початкової транзакції або маніпулювати її результатом.

Приклад:

Розглянемо децентралізовану біржу (DEX), де користувачі можуть торгувати токенами. Якщо зловмисник спостерігає за великим замовленням на купівлю, він може подати власне замовлення на купівлю з дещо вищою ціною газу, щоб виконати його перед початковим замовленням. Це дозволяє зловмиснику купувати токени за нижчою ціною, а потім продавати їх початковому покупцеві за вищою ціною.

Пом'якшення:

• Використовуйте схеми commit-reveal, які вимагають від користувачів зафіксувати свої транзакції перед тим, як розкрити їх у мережі.
• Використовуйте середовища виконання поза мережею, такі як рішення для масштабування рівня 2, щоб зменшити видимість транзакцій.
• Реалізуйте алгоритми зіставлення замовлень, які стійкі до front running.

Методології аудиту смарт-контрактів

Аудит смарт-контрактів зазвичай передбачає поєднання ручного перегляду коду, автоматизованих інструментів аналізу та методів тестування. Ось деякі з найпоширеніших методологій:

1. Manual Code Review

Ручний перегляд коду - це процес ретельного вивчення коду смарт-контракту рядок за рядком для виявлення потенційних вразливостей, помилок і логічних неточностей. Це трудомістка, але важлива частина процесу аудиту, оскільки вона дозволяє аудиторам глибше зрозуміти функціональність контракту та виявити проблеми, які можуть не бути виявлені автоматизованими інструментами.

Найкращі практики:

• Використовуйте структурований підхід, такий як OWASP Smart Contract Top 10, щоб керувати процесом перегляду.
• Документуйте всі висновки та рекомендації в чіткій та стислій формі.
• Залучайте кількох аудиторів з різною експертизою, щоб забезпечити ретельний перегляд.
• Використовуйте інструменти перегляду коду, щоб виділити потенційні проблеми та відстежувати прогрес.

2. Static Analysis

Статичний аналіз передбачає аналіз коду смарт-контракту без його виконання. Це дозволяє аудиторам виявляти потенційні вразливості, такі як переповнення та заповнення цілих чисел, reentrancy та залежність від часової мітки, не запускаючи контракт на блокчейні. Інструменти статичного аналізу можуть автоматизувати значну частину процесу перегляду коду, роблячи його більш ефективним і менш схильним до людських помилок.

Популярні інструменти:

• Slither
• Mythril
• Securify
• Oyente

3. Dynamic Analysis

Динамічний аналіз передбачає виконання коду смарт-контракту в контрольованому середовищі для спостереження за його поведінкою та виявлення потенційних вразливостей. Це можна зробити за допомогою технік фаззингу, які передбачають надання контракту великої кількості випадкових входів, щоб спробувати викликати несподівану поведінку, або за допомогою символьного виконання, яке передбачає вивчення всіх можливих шляхів виконання контракту.

Популярні інструменти:

• Echidna
• MythX
• Manticore

4. Formal Verification

Формальна верифікація - це математична техніка, яка передбачає доведення правильності смарт-контракту шляхом формального визначення його передбачуваної поведінки, а потім перевірки того, чи відповідає код специфікації. Це дуже суворий, але також трудомісткий і складний процес, який зазвичай використовується для критично важливих контрактів, де безпека має першорядне значення.

Популярні інструменти:

• Certora Prover
• K Framework
• Isabelle/HOL

5. Gas Optimization

Оптимізація газу - це процес зменшення обсягу газу, необхідного для виконання смарт-контракту. Це важливо, оскільки витрати на газ можуть бути значними, особливо для складних контрактів. Оптимізація газу також може покращити продуктивність контракту та зменшити ризик атак типу "відмова в обслуговуванні".

Найкращі практики:

• Використовуйте ефективні структури даних та алгоритми.
• Мінімізуйте кількість операцій читання та запису в сховище.
• Використовуйте calldata замість пам'яті для аргументів функцій.
• Кешуйте дані, до яких часто звертаються.
• Уникайте непотрібних циклів та ітерацій.

Процес аудиту смарт-контрактів

Типовий процес аудиту смарт-контракту передбачає наступні кроки:

1. Визначення обсягу: Визначте обсяг аудиту, включаючи контракти, які потрібно перевірити, функціональні можливості, які потрібно протестувати, і цілі безпеки, яких потрібно досягти.
2. Збір інформації: Зберіть інформацію про проект, включаючи архітектуру, бізнес-логіку, середовище розгортання та потенційні вектори атак.
3. Перегляд коду: Виконайте ручний перегляд коду, щоб виявити потенційні вразливості, помилки та логічні неточності.
4. Автоматизований аналіз: Використовуйте інструменти статичного та динамічного аналізу для автоматизації процесу перегляду коду та виявлення додаткових вразливостей.
5. Тестування: Виконайте модульні тести, інтеграційні тести та тести фаззингу, щоб перевірити функціональність та безпеку контракту.
6. Звітність: Задокументуйте всі висновки та рекомендації у вичерпному звіті про аудит.
7. Виправлення: Співпрацюйте з командою розробників для виправлення виявлених вразливостей та впровадження рекомендованих заходів безпеки.
8. Повторний аудит: Виконайте повторний аудит, щоб перевірити, чи були успішно усунені виправлені вразливості.

Вибір аудиторської фірми

Вибір правильної аудиторської фірми має вирішальне значення для забезпечення безпеки ваших смарт-контрактів. Ось деякі фактори, які слід враховувати при виборі аудиторської фірми:

• Досвід: Обирайте фірму з перевіреним досвідом аудиту смарт-контрактів і глибоким розумінням технології блокчейн.
• Експертиза: Переконайтеся, що фірма має досвід у конкретних мовах програмування та фреймворках, які використовуються у ваших смарт-контрактах.
• Репутація: Перевірте репутацію та посилання фірми, щоб переконатися, що вона надійна та заслуговує на довіру.
• Методологія: Зрозумійте методологію аудиту фірми та переконайтеся, що вона відповідає вашим цілям безпеки.
• Комунікація: Обирайте фірму, яка швидко реагує та спілкується, і яка готова співпрацювати з вами для вирішення будь-яких проблем.
• Вартість: Порівняйте вартість різних фірм і виберіть ту, яка пропонує справедливу ціну за надані послуги. Однак не йдіть на компроміс щодо якості заради вартості.

Найкращі практики для безпеки смарт-контрактів

Окрім аудиту, розробники можуть дотримуватися кількох найкращих практик для покращення безпеки своїх смарт-контрактів:

• Пишіть чіткий і стислий код: Використовуйте значущі імена змінних, коментарі та послідовний стиль кодування, щоб код було легше зрозуміти та перевірити.
• Дотримуйтеся найкращих практик безпеки: Дотримуйтеся встановлених найкращих практик безпеки, таких як OWASP Smart Contract Top 10.
• Використовуйте добре протестовані та перевірені бібліотеки: Використовуйте добре протестовані та перевірені бібліотеки, такі як OpenZeppelin Contracts, щоб уникнути повторного винаходу колеса та впровадження нових вразливостей.
• Реалізуйте належний контроль доступу: Використовуйте модифікатор `onlyOwner`, багатопідписну автентифікацію та контроль доступу на основі ролей, щоб обмежити доступ до конфіденційних функцій.
• Належним чином обробляйте винятки: Використовуйте блоки try-catch для обробки винятків і скасування транзакції, якщо це необхідно.
• Ретельно тестуйте: Виконайте модульні тести, інтеграційні тести та тести фаззингу, щоб перевірити функціональність та безпеку контракту.
• Будьте в курсі останніх загроз безпеці: Будьте в курсі останніх загроз безпеці та вразливостей і відповідно оновлюйте свій код.
• Розгляньте формальну верифікацію для критично важливих контрактів: Використовуйте формальну верифікацію, щоб математично довести правильність критично важливих контрактів.
• Реалізуйте моніторинг і сповіщення: Реалізуйте системи моніторингу та сповіщення для виявлення та реагування на потенційні інциденти безпеки.
• Майте програму винагороди за помилки: Запропонуйте програму винагороди за помилки, щоб заохотити дослідників безпеки знаходити та повідомляти про вразливості.

Майбутнє аудиту смарт-контрактів

Галузь аудиту смарт-контрактів постійно розвивається, оскільки з'являються нові технології та вразливості. Ось деякі тенденції, які формують майбутнє аудиту смарт-контрактів:

• Підвищена автоматизація: Автоматизовані інструменти аналізу стають все більш складними та здатними виявляти ширший спектр вразливостей.
• Впровадження формальної верифікації: Формальна верифікація стає більш доступною та практичною, що робить її життєздатним варіантом для ширшого кола контрактів.
• Аудит на основі штучного інтелекту: Штучний інтелект (AI) і машинне навчання (ML) використовуються для розробки нових інструментів аудиту, які можуть автоматично виявляти та визначати пріоритетність вразливостей.
• Стандартизовані рамки аудиту: Тривають зусилля з розробки стандартизованих рамок аудиту та сертифікацій для забезпечення якості та узгодженості аудитів смарт-контрактів.
• Аудит, керований спільнотою: З'являються платформи аудиту, керовані спільнотою, що дозволяє розробникам подавати свої контракти на розгляд спільноті експертів з безпеки.

Висновок

Аудит смарт-контрактів є критично важливим аспектом забезпечення безпеки та надійності децентралізованих додатків. Розуміючи поширені вразливості, впроваджуючи надійні методології аудиту та дотримуючись найкращих практик безпеки, розробники можуть зменшити ризики, пов'язані з розгортанням незахищеного коду на блокчейні. Оскільки екосистема блокчейну продовжує рости та розвиватися, важливість аудиту смарт-контрактів лише зростатиме.

Інвестування в ретельний аудит - це не просто витрати; це інвестиція в довгостроковий успіх і стійкість вашого проекту. Віддаючи пріоритет безпеці, ви можете побудувати довіру зі своїми користувачами, захистити свої активи та зробити внесок у більш безпечне та стійке децентралізоване майбутнє. Оскільки глобальний ландшафт смарт-контрактів стає більш зрілим, проактивні заходи безпеки, включаючи комплексні аудити, матимуть важливе значення для сприяння широкому впровадженню та підтримки цілісності блокчейн-додатків у різних міжнародних контекстах.