ETH:Uniswap重入事件詳盡解析

去中心化金融(DeFi)作為區塊鏈生態當紅項目形態，其安全尤為重要。從去年至今，發生了幾十起安全事件

BlockSec獨立發現了多起DeFi安全事件，研究成果發布在頂級安全會議中（包括USENIX Security, CCS和Blackhat)。在接下來的一段時間里，我們將系統性分析DeFi安全事件，剖析安全事件背后的根本原因

如果能重來，你會做什么？

本期簡述了一個意外發現時空暗道的毛賊，如何戲弄守護在秘寶洞口的獨角獸，將財寶竊于囊中的魔幻故事

閱讀建議：

如果您初識 Defi，又有耐心的話，可以從頭開始閱讀，酌情跳過廢話

如果您對AMM、ERC777、Uniswap等非常了解，可以直接從0x1中Uniswap重入部分開始

文章較長，看不下去，記得點個關注再走喔~

正文

時間：2020-4-18. 8:58. #9893295

[注]imBTC 是 tokenLon 發行的與 BTC 價值 1:1 錨定的 ERC777 標準代幣

相關代幣的價值情況：

imBTC ($7029.38) : ETH ($178.81) = 39.31

AMM

交易(Trade)是什么：

交易就是賣家和買家，倆人你情我愿，大家都覺得不虧，可以達成這次的交換

交易所(Exchange)是什么：

交易所是這個游戲的組織者，它就像一個紅娘，男男女女來到她這里，提出自己的要求，它便開始牽線，還要保證雙方都滿意

放在現實中，這些要求，就是買家賣家的出價（ask price & bid price），這些全都記錄在交易所的服務器中。服務器中，買賣的交易請求不斷更新跳動，交易所的機器要做的就是在尚未達成請求中，找到一對可以匹配的，然后促成這筆交易（撮合）。比如：張三想不低于50塊賣茅臺的股票，李四想不超過60塊買茅臺的股票，機器看到后「剛好，那你倆就湊合過吧」。這種便是中心化交易所通過記賬簿（Limit Order Book）的交易處理方式

但是，這有什么弊端呢？對于健康運行的交易所，市場很熱，不斷有大量的買單和賣單，機器很快就可以找到匹配的交易對。如果對于低迷的市場，你想賣，但是沒人買，這會發生什么？找不到接盤的人！這很影響效率（time is money），所以這時市場上出現了做市商

什么是做市商(Market Maker)呢？

剛才提到，買家找不到賣家，或者賣家找不到買家。怎么解決這一問題呢？

中間商！無論是買家還是賣家，都可以直接找他，他會大量回購資產，再賣出（只賺個辛苦錢）。這其實類似于一種緩存的機制。他要求做市商必須有足夠的資金，大家才相信他不會亂要價（這樣對于持有資產的他來說是更大的損失，殺雞取卵）

去中心化交易所（DEX）是什么？

DEX無非就是將上述的過程放到區塊鏈上。它可以直接把上面的程序改寫成智能合約照搬到一條區塊鏈上，同樣用這種記賬簿的方式去撮合交易。但是要知道區塊鏈上的存儲是相當昂貴的（也有一些鏈下存儲，鏈上驗證的方式來解決這一問題）

于是人們就開始尋找一種方案，可以通過智能合約實現代幣的有效交換，什么叫有效交換呢，就是無論的買的人還是賣的人都覺得不虧（以市場價達成）

既然問題出在，記賬簿方式一方面可能存在找不到匹配對手，另一方面鏈上存儲比較昂貴。那我們可不可以把做市商這一機制也搬到鏈上來？簡單來說，就是有一段智能合約它可以吸收大量的資金，每當有人想交換代幣時，直接調用這個合約就可以以市場價獲取另一種代幣，這就是自動化做市商（AMM）

自動化做市商是什么：

上面提到AMM需要解決兩個問題：

1) 如何吸收大量的資金（需要有不同種類的代幣，這樣才可以換來換去）？

傳統做市商需要先買資產，但是如果AMM先去買幣，它去哪里買呢？記賬簿類型的DEX嗎？這并沒有解決根本矛盾。

鏈上混的，大家誰沒幾個幣（可能是從中心化交易所用法幣買入或交易得到的，也可能是參與某些DeFi項目的Rewards），所以它只要騙大家過來把幣放在自己這里，資金不就來了。

數據：pepeworldorder.eth在Uniswap上出售80萬美元的PEPE:金色財經報道，Arkham監測顯示，5小時前，pepeworldorder.eth在Uniswap上出售80萬美元的PEPE，這個賬戶仍然持有1T PEPE，即192萬美元。[2023/5/10 14:55:10]

不過如果沒有經濟激勵，沒人會愿意將自己的錢放在別人口袋里的。這個激勵便是從交易的手續費中獲取，當AMM運作起來，只要有人做交易，就需要交一定的手續費，這個手續費會分配給那些給池子提供流動性的人（流動性=錢）

2）如何以市場價交易？

現在DEX把大家的幣都騙過來了，這時有人來了，想用一種代幣來買走池中的另一種代幣。他能買多少呢？

其實抽象來看，每個人擁有的數字貨幣不過是區塊鏈上存的數字，而不同的代幣就是不同的變元。交易這一過程，對于交易池來說，就是一個變元增加，另一個變元減少

回憶一下我們小學學到的數學知識：一條曲線的斜率k = Δy / Δx，上面能買多少的問題，就變成了如何找到和市場一致的這個 k

對于上面這條曲線，曲線上的每一點，就代表交易池中兩種代幣的一種狀態，比如P點：y代幣有B個，x代幣有A個。這時有人來池中做交易他花了 BD 個 y（Δy）可以換出 AC 個 x （Δx），這時交易池的狀態就從P點轉移到了Q點，斜率?k 值隨之 "變小"

因為這個曲線是無限延展的，k值可以取遍 0 - ∞，所以肯定存在一個點與市場的狀態一致 (斜率 k 相等)

那問題來了，誰來推動當前的交易池狀態向著市場狀態逼近？

答案是套利者，每當交易池中狀態與市場狀態不一致時，就會有套利者發現機會，比如當前池中 1 ETH : 5 USDT，市場上 1 ETH : 10 USDT，這時明顯交易池中 ETH 的價格虛低，就會有人來交易池中用 5個USDT 買走1個 ETH，再去市場上賣掉獲得 10個USDT，凈賺5個 USDT（低買高賣），而此時交易池的狀態就向市場的狀態趨近了一步，就這樣不停的有人做套利，最終交易池的狀態一定會和市場的狀態相差無幾

總結

AMM類型的交易所解決的痛點是：區塊鏈上代幣的有效交換

俗話說的好：「哪里有痛點，哪里就有錢賺」。有很多人愿意掏錢（手續費）來使用代幣交換這個服務

AMM一方面用這些手續費吸引玩家向資金池投錢，資金池有了錢就可以通過AMM實現代幣交換；另一方面，由于套利者的存在，池子代幣交換的價格與市場價格一致

這樣，提供流動性的玩家賺到了手續費，套利者賺到了差價，用戶得到了代幣有效交換這一服務。三個角色缺一不可，構成這一系統。一拍即合，各自歡喜

其中AMM有幾種性質，最廣為人知的就是：交易池中底層代幣(Underlying Token)的儲備量滿足一定的不變式，比如Uniswap的恒定乘積 (reserve0 * reserve1 = k)

但其實還有很多隱藏的性質?(伏筆1)，想知道嗎？哎，我就不說，想知道就自己繼續看下去！

提出時間：2017-11-20

我們都知道 ERC20 中代幣轉賬函數的基礎款是?transfer，它的功能只是簡單的 balance 加減，比如 alice 調用?transfer(bob, 100)?，bob 是不知道誰給自己轉了100個 token

當然對于我們來說，可以通過查看 Ethscan 或者查找區塊數據得知（但也要等到區塊上鏈）。如果 bob 是一個合約，他是沒辦法在轉賬?balance[bob] += 100;?發生的當下得知。這產生了諸多不便，比如用戶想使用合約的一項服務，但是支付了服務費（token）后，合約并不知道誰付錢給了它

因此ERC20中同時存在另一套組合技?approve?+?transferFrom，這樣用戶就可以通過先授權給第三方，第三方再通過查看?allowance（授權額度的映射表）來代替委托人轉賬，這無疑帶來的很多的便利（很多合約都需要用戶先授權，再調用其方法。Uniswap 也是如此，比如調用 Uniswap 的?swap?函數需要用戶先對 Uniswap進行一定額度的?approve?[注1]）

[注1]有時候為了方便，同時省去每次approve的gas開銷，用戶選擇直接approve最大值?0xffff...，這種行為是不安全的，如果第三方合約受到攻擊，您的資產也會處于危險中

DeHorizon與游戲公會UniX Gaming達成合作:1月22日消息，元宇宙游戲生態DeHorizon與加密游戲公會UniX Gaming達成合作。UniX Gaming將參與即將發布的DeVerse內部測試。[2022/1/22 9:06:04]

更多細節了解，可以關注我們的相關工作: Towards understanding the unlimited approval in Ethereum (https://www.youtube.com/watch?v=ijgYfdOADVI)

但是 ERC20 就完美了嗎？其實還沒有，其中為人所詬病有：

每次都需要先 approve 再進行其他操作（至少2筆 Tx，當然也有一些線下簽名的方式，來避免這一問題）

ERC20 中的授權沒有權限的概念，只是簡單的授權余額，這在很多情況下還是存在危險的

每次轉賬無法攜帶信息，這限制了很多應用的想象力

代幣誤轉后鎖死在合約中（如果合約沒有實現相應的處理邏輯）

可以看到 ERC20 的功能是非常單一且基礎的，為了對此進行改進提出了 ERC777 標準（ERC777 標準兼容 ERC20?[注2]）

[注2]實現的方式無非是在ERC777標準中實現ERC20同樣的函數 (如：transfer, transferFrom ...)，但是在這些接口內部調用ERC777的邏輯（如：_move方法）

了解了 ERC777 的來歷以后，我們看看具體 ERC777 做了哪些改進：

1. 在轉賬的過程中可以攜帶數據，相當于在 ERC20 的 transfer 函數上加了一些參數（calldata），這個數據有什么用呢，作為 hook 函數的參數，便于 hook 函數據此來作出不同的決策

2.?代幣的轉移不僅僅是 balance 的加減：ERC777 引入了兩個 hook 函數?tokensToSend?和?tokensReceived，這兩個函數是干什么用的呢？過程很簡單：在一筆轉賬交易過程中，balance 減少的地址（token holder）如果實現了?tokensToSend?接口函數，就先去執行 holder 的這個接口函數；同樣的，balance增加的地址（token receiver）如果實現了?tokensReceived?，收到轉賬后會去執行receiver的這個接口函數[注3]

[注3]這里利用的是ERC1820注冊機制：這里不需要詳細了解細節，只要知道任何地址都可以實現接口函數，對于EOA來說，可以通過部署一個合約，在其中實現接口函數，并將注冊信息發給ERC1820合約，此后當EOA觸發相關的接口時，就會先通過ERC1820查找接口實現的合約地址，再去調用相關的接口函數

值得注意的是，ERC777 標準中提到，token實現應滿足?sender回調 → 更新狀態 → receiver回調?的順序，以防止發生重入事件（伏筆2），代碼中的表現為：

還有一些其他的特性，如：操作員概念、Mint與Burn完善了token的生命周期等等，與本次攻擊關系不大，暫且不展開

ERC777是對ERC20的"升級"

它會在代幣轉移 (balance加減) 之前回調TokensToSend函數，轉移之后回調TokensReceived函數

TokensToSend函數由轉移代幣的持有者 (可以是合約) 實現，TokensReceived由轉移代幣的接收者實現，這給了用戶很大的自由，但也帶來了一些問題，比如本次的攻擊?

我們先不急著去看攻擊過程，先復習下最簡單的重入攻擊（例如: The DAO，LendfMe等事件）

在這些"經典"攻擊中，攻擊者通過重入可以不斷的使合約對其轉賬，直到退出"遞歸"時才更新一次的狀態，他可能轉賬了1000個 Token (50個 * 20次)，但是 balance 卻只減少了50

Bitwise為Aave和Uniswap推出加密貨幣基金:8月3日消息，Bitwise Investments正在為其以機構為重點的投資工具陣容中增加兩個去中心化金融（DeFi）協議代幣的基金Aave和Uniswap，兩者都是同類型中最大的DeFi協議。

Bitwise管理著超過10億美元的加密貨幣基金，首席信息官Matt Hougan表示，推出Aave和uni基金符合投資者的需求。（Coindesk）[2021/8/3 1:32:00]

如果攻擊者可以在 transfer 的過程中重新調用 withdraw 函數，就可以實現重入。主要原因在于：合約中轉賬等操作先于余額狀態的更新

簡單來說，重入攻擊就是打斷施法，重點在于：

在哪里打斷施法

打斷以后又做了些什么可以影響后續的結果

重入攻擊有一個重要的特征，就是：先轉賬，后更新狀態

對于上面這種傳統的重入攻擊，打斷的便是「轉賬+記賬」這一組合技，做的事情就是不斷重新轉賬，以影響后續的記賬結果

(前方重點！)

那 Uniswap 如何重入呢？我們知道，Uniswap 是一個去中心化交易所（DEX），用戶可以在上面交換代幣

[補充]UniswapV1 只實現了ETH和任意 token 之間的交換，對于 token 與 token 的交換，可以借助ETH中轉來實現

這并不像傳統重入攻擊的「轉賬+記賬」模式。那它可以在哪里打斷施法，又可以做哪些事情影響后續的結果呢？

Uniswap 交易對合約中的交換函數（例如: ethToToken, TokenToToken...），原理基本一致，即保證交易池（交易對合約，后簡稱交易池）內兩種幣數量的乘積恒定（不考慮 Fee 的情況下[注1]），這些函數會先調用 getInputPrice 方法獲取可以購買的另一種代幣數量：

對應的公式為：

這里公式表示：池中原來儲備量為?ether : token?，現在alice手里有?token(put)?個 token，ether(get)?代表她能從池中買到多少個ETH

我們現在直接挑其中一個開錘，比如 tokenToETH (這個函數的功能是用 token 換 ETH)：

我們可以看到這個函數先將 ETH 轉給用戶，再調用 transferFrom 收取用戶的代幣（代碼第8行和第10行）

我們是否可以打斷這兩筆轉賬呢? 對于普通的 ERC20 代幣，確實是沒有辦法打斷轉賬的過程，但是還記得嗎？我們提到的 ERC777 代幣，這種復雜的代幣，恰恰提供了這樣的暗道，使不懷好意之人，有了可乘之機

現在想法很簡單了，如果 Uniswap 存在一個 ETH-ERC777 的池，我們就可以利用 ERC-777 的回調功能，在 transferFrom 的過程中，重入這個函數，繼續發送 (send) 一筆 ETH 給自己

這時可能有聰明的讀者要問了：「即使重入后又轉了一筆 ETH 給自己，后面"遞歸"返回后，不是還要為每輪重入所購買的 ETH 付相應的 token 嗎？」沒錯，是這樣的，如果只是簡單的重入這個函數，只是把一次購買（token → ETH），變成了多次購買，毛都賺不到

更聰明的讀者可能現在已經想起來，之前我們提到的?Uniswap 的計價公式，由 ERC-777 的特點，我們可以知道重入是發生在 ETH 之后，token 余額變更之前，這就意味著，在重入過程中計價公式的變量狀態其實是不一致的（ETH 的 reserve 更新了，但是 token 的 reserve 還未更新），攻擊者正是利用這一點，每次薅一點羊毛，直到把人家羊給薅禿了：

從公式中可以看到，本來在一次 swap 后，token 和 ETH 的狀態會同時變化（以維持乘積恒定），但是由于重入發生在發送?ETH?和更新 token 余額之間，直接被打斷施法了，從而造成了悲劇

新COVER在Uniswap上短時間內突破1700美元:新COVER在Uniswap上短時間內突破1700美元，現價格已回落至536美元。據了解新COVER價格快速被拉升的主要原因是流動性資金池過淺，大單突然買入造成。據官方消息稱，DeFi 保險協議 Cover Protocol 已正式啟動新 COVER 代幣，目前可供用戶認領。目前已經完成發放，并由用戶自發添加了流動性資金池。[2021/1/5 16:29:38]

很簡單的道理：如果正常的兩次調用，第二次是 token↑ 使得 etherget?↓，但是由于重入后狀態沒有更新（token 沒變），所以相比"正常情況"下可以獲得更多的 ETH

[注1]公式相關推導過程（基本原理就是：保證交易池中兩種代幣一直滿足恒定的乘積

[注2]可能讀到這里, 你還是感覺哪里不對, 這是正常的, 如果有興趣, 你可以思考這樣幾個問題：

1) 這樣一定能獲利嗎, 需要滿足什么條件嗎?

2) 攻擊者獲利是最優的嗎, 還可以怎樣優化?

在深入分析部分, 小編對這些問題做了一些簡單的嘗試, 如果有興趣, 不妨繼續看下去

(這已經是小編第4次復盤這次攻擊, 但還覺得很多問題沒有真正的搞清楚, 所以如果你沒看懂, 那也沒什么大不了的)

總結來說，這次的攻擊是由于：

① UniswapV1不兼容ERC777代幣 → ② 從而導致合約代碼可重入 → ③ 從而導致恒定乘積中變量狀態不一致 → ④ 從而導致交易池資金被薅走

原理大概就是這樣，管你聽沒聽懂，繼續看就完了，下面我們來看看real world中攻擊者到底做了什么？

我們隨便找一筆攻擊者的Tx：0x32c83905db61047834f29385ff8ce8cb6f3d24f97e24e6101d8301619efee96e

可以看到攻擊主要分為兩個部分：

首先是一堆的自毀合約，看起來比較迷惑，但是查看這些自毀合約的調用者（GST[注1]）就可以知道這是為了節省攻擊的Gas（與攻擊本身關系不大）

攻擊過程：

step 1: 使用 1 ETH 向 Uniswap(imBTC) 換取 imBTC

step 2: 將換得的 imBTC 分兩次（一次一半），向 Uniswap(imBTC) 換回 ETH（其中第二筆是重入所得），通過簡單的計算我們可以知道：0.611341052127704463 + 0.472375805535296596 = 1.0837168576630012 > 1?通過這種方式來薅羊毛

step 3: 最后將收益從攻擊合約轉給攻擊者自己（1.0837168576630012 - 1 =?0.08371685766300119（一筆攻擊的獲利））

[注1]GST (GasToken)：是一個旨在節省Gas的代幣，我們知道Ethereum有一個特性就是銷毀合約時會返回大量的Gas，所以GST的原理就是：在Gas Price便宜的時候，用戶可以通過這個合約生成一系列子合約，來"存儲Gas"（同時Mint出相應的GST代幣，代幣用戶存儲了多少單位的Gas），當需要時再用GST調用合約銷毀當時創建的子合約換取相應的Gas

[GST2]:?0x0000000000b3f879cb30fe243b4dfee438691c04?(https://gastoken.io/)

這次的攻擊事件，攻擊者"或許"不是第一個發現漏洞的人

Uniswap 交易對合約中的重入漏洞，早在?2019年1月12日?ConsenSys 的審計報告中就被提及，而且在?#14 commit?中提到：合約中可能存在多種方式的重入攻擊（包括利用 ERC-777 標準代幣），并給出了簡單的攻擊過程

審計報告中提出：對于 UniswapV1 交易對合約中的 exchange 類型函數，無論 transfer 是發生在 token 余額狀態變更前，還是 token 余額狀態變更后，如果 transfer函數 可以重入，都會造成損失，并給出了后一種情況的簡單攻擊過程模擬

Yearn.Finance核心開發者：已將Uniswap和Sushiswap LP添加到白名單:Yearn.Finance中文站發微博稱，核心開發者banteg表示，已將Uniswap和Sushiswap LP添加到白名單。它涵蓋了YFI的所有有效益用途，現在還剩下Gas費優化調整。 ???[2020/11/28 22:23:50]

[補充]利用 ERC-777 重入屬于前一種，重入發生在狀態變化前（還記得上面我們提到的，ERC-777 代幣轉移的過程嗎，_callTokensToSend?是發生在?_move?之前的 |?回收伏筆1），審計報告中還指出，相比第二種情況，利用 ERC-777 來攻擊會更簡單

"If token balances are updated after the reentrancy (e.g. ERC-777), the algorithm is even easier and requires fewer funds to steal liquidity pool."

https://github.com/ConsenSys/Uniswap-audit-report-2018-12#31-liquidity-pool-can-be-stolen-in-some-tokens-eg-erc-777-29

Uniswap的過程可以簡化為：兩筆轉賬，一筆向交易池轉入，一筆從交易池轉出。有三個位置可以切入，① 第一筆轉賬前，②?兩筆轉賬中間，③?第二筆轉賬后。顯然在第二筆后是沒有意義的

注意!!! 要記住：用戶從Uniswap買幣時，Uniswap是先將錢轉給用戶，再將用戶的錢轉來。所以這兩筆轉賬是?先轉出，再轉入

現在，可以揭秘上面提到的AMM的隱藏性質（回收 | 伏筆1）了，那就是：

隱藏性質1：

AMM恒定乘積的曲線 x * y = k，是一個"凹函數"，凹函數意味著，他不像一次函數那樣，相等間距的x變化，帶來的y變化是相同的。而是：沿著一個方向，相等間距x的變化 (Δx)，引起y的變化 (Δy?) 會越來越小或越來越大！

你可能有點懵。下面我們一點點來看：

最最簡單的情況下，我們不考慮交易的手續費，在 ETH/imBTC 池中，用?Δy?個 ETH 換出?Δx?個 imBTC，緊接著再用?Δx?個 imBTC 換回 ETH 可以換出多少呢？答案是?Δy，這很簡單

接著我們引入手續費（0.3%），有了手續費的摩擦，這一結論就不成立了，兩次交易都會損失一部分手續費，導致最后換出的ETH

接著我們再考慮一個問題：同樣先不考慮手續費，如果我們先用 2*Δy?個 ETH 換出?2*Δx?個 imBTC，接著分兩次，每次用?Δx?個 imBTC 去池中換 ETH，兩次換出的 ETH 數量相等嗎？

答案肯定是不相等的。原因就在于上面提到的凹函數這一性質（如圖: 圖中C是AB的中點）！

[注]?y軸代表ETH,?x軸代表imBTC;?從B到A代表:?先用ETH買imBTC,?再從A回到B代表:?用imBTC買回ETH

這兩次交換，第一次換出的數量要大于第二次的數量。這就意味著，總共能換出?2*Δy?個 ETH，但是第一次能換出的 ETH 數量是大于?Δy?的！

如果能重來，那有沒有可能，用 imBTC 換回 ETH 的過程中，兩次交換都用第一次的結果？

沒錯，只要我們在第一筆轉帳前打斷施法 (打斷點①)，重新調用交換函數！

這樣用 2x 個 ETH 換出 2y 個 imBTC，接著分兩次每次都可以用 y 個 imBTC 換出 >x 個 ETH，最終換出比投入更多 (>2x) 的 ETH（在不考慮手續費的情況下

由于 Uniswap 是先計算可以換出代幣的數量，再進行轉賬。這樣就可以：重復使用第一段的價格（可以換出 >x 數量的 imBTC）

QUIZE：不考慮手續費這是穩賺不賠的買賣，但是如果引入了手續費，事情會怎么樣呢？這就有一定的條件了，要看到底薅的更多，還是虧得更多。

> 有興趣可以自行推導

對于Uniswap是否可以實現這種，在第一筆轉帳前重入呢?

很不幸的是，Uniswap的邏輯是先操作 ETH 再操作 代幣，這意味著無論是用ETH買代幣，還是用代幣買ETH，都是先將ETH轉出給用戶，或是先將ETH轉入給交易池，這便不符合我們上面提到的第一筆轉賬需要是ERC777代幣 (這樣我們才可以回調)

但是! Uniswap 還存在著 TokenToToken 這種方式，因為 V1 只支持 Token / ETH 交易池，所以這一函數的實現原理，就是: 先在第一個池中用 Token 換出 ETH，再在第二個池中用 ETH 換出 Token

可以看到 這個函數的實現邏輯是: 比如我們使用imBTC換DAI，它先將imBTC轉給第一個交易池，然后將換出的ETH轉給第二個池獲取相應的DAI

太好了，這樣不就有了ERC777代幣作為第一筆轉賬的條件了嘛!

但是，我們要怎么把錢取走呢，方法是: 我們自己來創建第二個交易池，因為我們是這個交易池中代幣的 owner, 所以我們可以mint出無限多的代幣，來將池中的 ETH 拿空，而池中的 ETH 便是第一個我們在第一個交易池中的輸出，也就是重入攻擊的獲利?

實驗結果:?

這其實就是 ConsenSys? 審計報告中提出的攻擊方式 (但是并未實現 | 回收 伏筆2

隱藏性質2：

k值越小，曲線凹的程度越大，相等間距x的變化 (Δx)，引起y的變化 (Δy?) 會越來越小!?(如下圖中，ΔAC >?ΔA'C')

上面在第一個代幣轉賬前打斷我們已經驗證過是可行的了（在沒有手續費的情況下一定能獲利 >2*Δy），那在兩個代幣轉賬之間打斷呢（打斷點②）？

攻擊者采用的便是這種方式！

事實也是可行的，第一筆轉賬是從Uniswap轉出 (交易池先將錢轉給用戶)，交易池中一種代幣的存量增加 (y?) 這使得 k 變小，曲線由上面一條躍遷到下面那條 (A → A')

從圖中可以明顯的看到A'狀態下的價雖然次與A點，但是還是優于C點的 (p = y / x)，所以如果不考慮手續費，繼續使用?Δx 的 imBTC 換出的 ETH:?ΔA'C'?>?ΔCB

這意味著，相比正常情況下 (正常情況下:?2*Δx imBTC 可以換出?ΔAC +?ΔCB = 2*Δy)，重入可以換出?ΔAC +?ΔA'C' > 2*Δy

如果考慮手續費，情況可能就更復雜一些了，理論上還是可以獲利的 (但是是否一定可以獲利呢? 小編對此也沒有證明出來

由于 ERC777 的引入使得 Uniswap 的轉賬過程可以被重入

Uniswap swap的過程可以分為兩部分: 從交易池轉出,?向交易池轉入

我們可以從兩個地方重入：

打斷點①

通過 TokenToTokenSwap 函數，如果輸入 Token 是 ERC777 標準。可以利用TokensToSend 回調函數實現在兩次轉賬前重入獲利 (比較復雜, 也就是審計報告中提到的攻擊)

打斷點②

通過 TokenToEth 函數，在 ETH 轉賬后，Token 轉賬前，利用 TokensToSends 回調函數重入獲利（這種方式獲利更簡單易懂，也就是攻擊者使用的方式）

附錄

這是一個比較困難的問題

從直覺上來看：攻擊者每筆攻擊交易重入的次數越多，使用的Ether數額越大，獲利就越多，但是還要考慮實際交易對中真實的情況

因此小編只是做一些簡單的嘗試與統計：

優化的維度有：初始時攻擊者投入的Ether數量，投入Token占比，重入的深度、攻擊次數

這些都可以在數學上求解，但是小編懶(bu)得(hui)搞，有興趣的大佬可以嘗試

實驗條件：區塊號 #9893295, 工具 brownie

實驗1：獲利與投入ETH數量及投入Token占比的關系

實驗參數：使用ETH的數量 [1, 3, 5, ... ,19]，投入Token的占比 [1/20, 3/20, 5/20, ... 19/20]

[注]這里的token占比指的是：還記得凹函數這一性質嗎，前半段下降快于后半段，這里實驗的是前半段與后半段的比例對獲利的影響，其中占比指的是前半段占全部的比例

結論：投入ETH的數量越大，獲利越大，并且增長的幅度也會有所加大。投入token的占比在0.5時接近最大值

實驗2：獲利與攻擊次數的關系

實驗參數：分別使用100 ETH / 累計 ETH兩種方式，嘗試增加攻擊次數

我們知道隨著攻擊次數的增加，池中狀態會一直向曲線的左側移動，也就是說隨著攻擊次數的增加，獲利會逐漸增大

上面兩圖是兩種不同的方式，上圖每次使用固定的100ETH進行攻擊，下圖初始用100ETH攻擊，后續每次使用的ETH會累積上之前的獲利。很顯然累積上獲利使池子更快的被掏空（40 次 / 175次）

結論：隨著攻擊次數的增加，獲利會以指數趨勢增加

實驗3：重入次數與獲利的關系

實驗參數：重入次數取 [2, 40]，使用100 ETH

結論：隨著重入次數的增加，理論上獲利是會更多的，但是增長的幅度逐漸趨于平緩

[注]重入次數與token占比是關聯的，比如重入2次，token占比為0.5 ...

同時還需要考慮gas limit等條件，所以攻擊者選擇重入2次，token占比0.5，還是有道理的

b.?本次事件涉及的攻擊Tx有哪些 (時間范圍)??

通過使用我們的內部工具與數據集，得到結果如下：

對于Attacker (0x60f3fdb85b2f7) 來說，攻擊Txs涉及的區塊范圍為：9893295 - 9894249?共954塊

c.?攻擊機會何時開始存在？

攻擊者是否發現的足夠早（攻擊者之前是否存在攻擊機會）？

?UniswapV1的 imBTC 池在 #9059910 被創建出來，攻擊開始于 #9893295

d.?本次事件后續結局如何？

在?#9894379?塊 (2020-4-18 12:49:50)：0xb9e29984fe506 向 imBTC 合約發送一筆Tx (0x7ce097c5149)，調用其 pause 方法[注1]關停合約（禁止轉賬等）

[注1]pause的實現方式很簡單，利用一個全局標志變量 _pause，對每個轉賬函數加一個modifier來修飾，當這個標志為true時，revert掉

在?#9895526?塊 (2020-4-18 16:57:55)：0xb9e29984fe506 向 imBTC 合約發送一筆Tx (0xced24b64665b9)，調用 unpause 方法，解凍 imBTC 合約，恢復正常交易

道路千萬條，安全第一條，這里小編給出一些安全建議，各位大佬權當參考：

1.? 對于重要函數（修改一些重要Storage變量），建議使用一些防止重入的方法，如lock（比如Openzeppelin中提供的ReentrancyGuard等方法）

2. 合約代碼盡量滿足：Checks-Effects-Interaction 模型

3. 項目上線前應做好審計工作，并不斷迭代修改。審計方和項目方，是相互促進的關系。像本次事件中，審計中指出的錯誤，時隔一年被攻擊，豈不是很尷尬

4. 應提前考慮好兼容問題，保證合約代碼的完備性。比如 通縮/通脹 代幣、ERC777代幣等比較特殊的代幣模型，都應盡可能的考慮與規避風險

參考

imBTC Uniswap Pool Drained for ~$300k in ETH:?https://defirate.com/imbtc-uniswap-hack/

Openzeppelin PoC：https://github.com/OpenZeppelin/exploit-uniswap#exploit-details

https://medium.com/imtoken/about-recent-uniswap-and-lendf-me-reentrancy-attacks-7cebe834cb3

詳解 Uniswap 的 ERC777 重入風險：https://paper.seebug.org/1182/

Tags：ETHTOKENTOKETOKSETHVege TokenERTH TokenBALI TOKEN

FTT