区块链骇客第五讲-委托调用攻击

本篇文章是call注入攻击的姊妹篇，为啥这么说呢？

因为委托调用攻击核心函数便是 delegatecall()

难度：偏难，但理解了就非常简单

📕1. 挑战？

• 这是Ethernaut中的第十六个例子（已修改）
• 现在把需求交给你：将合约Preservation的所有权拿到手。
• 你会先想到什么？这个例子非常典型

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.6.0;

contract Preservation {

  // public library contracts 
  address public timeZone1Library;
  address public timeZone2Library;
  address public owner; 
  uint storedTime;
  // Sets the function signature for delegatecall
  bytes4 constant setTimeSignature = bytes4(keccak256("setTime(uint256)"));

  constructor(address _timeZone1LibraryAddress, address _timeZone2LibraryAddress) public {
    timeZone1Library = _timeZone1LibraryAddress; 
    timeZone2Library = _timeZone2LibraryAddress; 
    owner = msg.sender;
  }
 
  // set the time for timezone 1
  function setFirstTime(uint _timeStamp) public {
    timeZone1Library.delegatecall(abi.encodePacked(setTimeSignature, _timeStamp));
  }

  // set the time for timezone 2
  function setSecondTime(uint _timeStamp) public {
    timeZone2Library.delegatecall(abi.encodePacked(setTimeSignature, _timeStamp));
  }
}

// Simple library contract to set the time
contract LibraryContract {

  // stores a timestamp 
  uint storedTime;  

  function setTime(uint _time) public {
    storedTime = _time;
  }
}

📕2.了解delegatecall ()

delegatecall()和call()是姊妹函数，它们都是调用函数的底层用法，因此在安全层面上是不严谨的。

🌳官方文档是这么描述这个函数的：

“除了目标地址上的代码在调用合约的上下文中执行以及 msg.sender 和 msg.value 不更改它们的值这一事实之外，与消息调用是相同的。

这意味着合约可以在运行时从不同的地址动态加载代码。存储、当前地址和余额仍然是指调用合约，只有代码是从被调用的地址。”

官方文档写的太抽象，我来举个例子方便大家理解：

contract Example{

    address public calledContract;
    
    constructor(address _calledContract){
       this.calledContract = _calledContract;
    }
    
    function useDelegatecall(address _change) public {
        calledContract.delegatecall(abi.encodePacked(bytes4(keccak256("changeAddress(address)")),_change))
    }
}


contract CalledContract{
   address public initAddress;
   
   function changeAddress(address _changeAddress){
   		this.initAddress = _changeAddress;
   }
}

🚀解析例子

• contract Example：主合约

• contract CalledContract：被调用合约

• address public calledContract：被调用合约地址

可以看到在函数useDelegatecall中，我们使用了delegatecall()调用了被调用合约的changeAddress()函数，并且传入了参数_change。

调用成功后我们查看结果：

被调用合约中的initAddress并未修改成传入的地址参数_change，反而主合约的calledContract变成了_change.

🎹离谱吗

而这正是delegatecall()的安全漏洞：

被调用合约的上下文仍然是主合约的上下文，包括msg.value、msg.sender 以及 storage。因此当我们以为修改的是合约CalledContract的第一插槽（不了解插槽的去看上一讲）实际上我们修改的是合约Example的第一插槽，即address calledContract。

这就是delegatecall()函数真正的妙处，同样也是极大的安全漏洞！

---

📕研究合约

那么以上的使用方法，如何去破解开头给出的合约呢？

我想聪明的你早就有了一些想法。

💎回到合约

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.6.0;

contract Preservation {

  // public library contracts 
  address public timeZone1Library;
  address public timeZone2Library;
  address public owner; 
  uint storedTime;
  // Sets the function signature for delegatecall
  bytes4 constant setTimeSignature = bytes4(keccak256("setTime(uint256)"));

  constructor(address _timeZone1LibraryAddress, address _timeZone2LibraryAddress) public {
    timeZone1Library = _timeZone1LibraryAddress; 
    timeZone2Library = _timeZone2LibraryAddress; 
    owner = msg.sender;
  }
 
  // set the time for timezone 1
  function setFirstTime(uint _timeStamp) public {
    timeZone1Library.delegatecall(abi.encodePacked(setTimeSignature, _timeStamp));
  }

  // set the time for timezone 2
  function setSecondTime(uint _timeStamp) public {
    timeZone2Library.delegatecall(abi.encodePacked(setTimeSignature, _timeStamp));
  }
}

// Simple library contract to set the time
contract LibraryContract {

  // stores a timestamp 
  uint storedTime;  

  function setTime(uint _time) public {
    storedTime = _time;
  }
}

• Preservation：主合约
• timeZone1Library,timeZone2Library：两个外部调用合约地址，即本例中的LibraryContract
• setTimeSignature：函数签名，可以通过call或delegatecall等底层方法调用函数。

💎偷天换日

当调用主合约函数setFirstTime时，将会调用外部合约LibraryContract的setTime方法，在该方法中修改了此合约的第一插槽,根据delegatecall()的特性，真正被修改的其实是主合约的第一插槽！，即timeZone1Library.

因此我们可以借助该漏洞替换掉主合约的timeZone1Library或者是timeZone2Library，再一次根据·delegatecall()的特性替换掉主合约的owner.

💎伪造攻击合约

那么被我们替换掉的攻击合约应该是什么样的呢？

为了完美利用delegatecall()的特性，它应该满足一下所有的需求：

• 存储结构应该与主合约一致
• 应该拥有与setTime()同名的函数
• 应该在setiTime()函数中修改第三插槽的内存，也就是主合约中owner所在的存储位置。

因此，这个合约应该长这样：

// SPDX-License-Identifier: MIT

contract AttackPreservation {

  //必须拥有相同的存储结构！
  address public timeZone1Library;
  address public timeZone2Library;
  address public owner; 
  
  
  //同名函数
  function setTime(uint _change) public {
     owner = address(_change);
  }

}

至此，用于替换的攻击合约就已经编写好了。

当调用该攻击合约的setTime()函数之时，我们将合约中owner（第三插槽）替换成了传入的变量。

实际上修改的是主合约的owner变量，因此将调用传入的参数改成自己的钱包地址即可！

💎攻击流程

1. 伪造用于替换timeZone1Library的攻击合约；
2. 首次调用setFirstTime()函数，将传入参数设为用于替换的攻击合约的地址；
3. 第二次调用setFirstTime()函数，将传入参数设为自己的钱包地址；
4. 完成攻击，将合约拥有者修改成了自己

📕总结

delegatecall()是一种危险性极高的函数调用方式，因此在平时的合约编写中，非必要不要用到该调用方式。

并且随着solidity语言版本的迭代更新，delegatecall()已经被逐步禁用。

不要觉得这些知识学了无用，在今后的学习中，会基于这样的分析模式深入地解决问题！

恭喜你！通过了这一章的学习。

至此你已经初步了解了基于函数特性的技术性安全漏洞。

在接下来的学习中，我会涉及到新型的合约攻击方式，请持续关注我！

🌳参考文献

blog.sigmaprime-delegatecall

SWC-112

How to Secure Your Smart Contracts: 6 Solidity Vulnerabilities and how to avoid them (Part 1)

官方文档-delegatecall