CHA:DoDo Research：從合約層面解析跨鏈橋機制設計弱點

近期BNB跨鏈橋受攻擊，導致近$570M損失。這一事件再次把跨鏈橋的安全性問題推上熱議。根據Messari8月的研報數據，過去一年內共有8起跨鏈橋攻擊事件，構成將近$2B美金的資產損失。

Dr.DODO今天通過深度分析PolyNetwork，Multichain及BNB橋事件，從合約層面展示跨鏈橋機制設計弱點。

首先，讓我們簡要回顧跨鏈橋的基本概念，以及設計機制分類。

不同的公鏈如同孤立的無需許可的計算機，具有不同的共識機制，相互之間無法直接通訊。跨鏈橋的存在就是為了使信息能夠不被篡改地從一個計算機傳遞到另一個計算機上。

跨鏈橋的核心是解決一個共識問題：跨鏈橋如何確定源鏈上的狀態已發生改變，進而在目標鏈上鑄造等量的資產？

不同的跨鏈橋對這個共識問題有不同解決方案，如采用中心化的橋，委員會，PoS機制，輕客戶端等。而不同的解決方案在信息傳遞的安全性，成本，延遲性上有所取舍。

Coinbase正考慮將阿聯酋作為其潛在的國際中心:金色財經報道，加密貨幣交易所Coinbase(COIN.O)正在考慮將阿聯酋作為其潛在的國際中心。Coinbase CEO Brian Armstrong表示，美國在監管方面落后了，阿聯酋在加密貨幣領域處于地區領先地位。我們將在任何地方以法律允許的形式擴大業務，加密經濟需要吸納更多的資本。

此前報道，Armstrong稱與SEC的糾紛是一個澄清的機會，Coinbase不會離開美國。[2023/5/8 14:50:15]

詳細分析可以參考此前文章《跨鏈漫談：深度解析16個跨鏈方案權衡》：

接下來，我們進一步的把跨鏈流程進行拆解，了解跨鏈具體涉及到哪些步驟，這樣在討論不同攻擊的時候，我們可以更好的理解出錯的點在哪里。

跨鏈流程：

1.當源鏈用戶發起一個狀態改變，如一筆交易；此事件將由源鏈驗證者進行驗證出塊。

2.此時跨鏈橋去監聽此跨鏈事件，下載并對進行驗證、簽名。

3.接下來被驗證簽署后的事件被傳輸至目標鏈。

Circle計劃于法國設立其歐洲總部:金色財經報道，USDC 發行商 Circle 的 CEO Jeremy Allaire 表示，Cirlce 歐洲總部計劃設立在巴黎，因為其加密友好的環境。巴黎將成為其歐元穩定幣 EUROC 的基地。[2023/3/21 13:17:27]

4.由目標鏈上的驗證者進行驗證出塊。

5.由此，源鏈上發起的狀態改變得以在目標鏈被執行。

講述跨鏈橋機制分類的文章已經很多，我們在此按驗證方法把跨鏈橋分為：

-外部性驗證：PoS

-樂觀性驗證

-本地驗證：輕客戶端

按資產轉移方式把跨鏈橋分為：

-燃燒+鑄造

-鎖定+鑄造

-在源鏈/目標鏈部署流動性池

a16z合伙人：有很多項目在未來12個月內推出:金色財經報道，a16z合伙人Chris Dixon在播客采訪中表示，對明年推出的web3游戲感到興奮，在未來12個月內，有很多的項目推出。Dixon描述說，在過去的三年中，大多數開發web3游戲的團隊都是“游戲愛好者的加密人”。但現在，暴雪、Riot和Valve等“頂級游戲團隊”“決定要么制作包含nft的傳統游戲，要么創造完全的鏈上游戲”。

a16z在5月推出了一個6億美元的基金，以建立web3游戲產業。（the block）[2022/12/20 21:55:14]

PolyNetwork攻擊案例分析

簡單來說，PolyNetwork的工作機制是作為中間鏈去接收發送鏈的區塊頭，相當于所有它連接的鏈的輕客戶端。

比如，當Ontology上發起一筆交易，區塊頭會被送到PolyNetwork上。區塊頭含有stateroothash，當交易與證明到達PolyNetwork，這上面的keepers就可以進行驗證。若合法，PolyNetwork會自己發送一個event，目標鏈的relayer聽到后，會轉發到目標鏈的EthCrossChainManager合約上。

1001枚BTC從Gemini 轉入未知錢包:金色財經報道，Whale Alert數據顯示，1001枚BTC(價值約20,896,378美元)從Gemini 轉入未知錢包。[2022/10/30 11:56:58]

在了解PolyNetwork工作機制之后，我們來看受攻擊的合約。

首先，LockProxy是控制資產的合約。其次，EthCrossChainManager(CCM)的優越性有兩點：

1）只有它能調用LockProxy進行unlock或者burn資產。

2）CCM掌管著CrosschainData，合約保存著PolyNetwork的keeper公鑰名單。

也就是說，當跨鏈交易的數據發到CCM之后，合約可以從這個數據中恢復出一些簽名的地址。

Open Zeppelin發布智能合約庫Cairov0.2.0，改進了可擴展性模式:7月6日消息，區塊鏈安全公司Open Zeppelin發布為StarkNet編寫的智能合約庫Cairov0.2.0，該版本利用Cairo命名空間迭代了可擴展性模式；實施了與以太坊兼容賬戶合約的第一個版本；附帶了安全訪問和權限管理的基本構建塊Access Control庫；增加免受重入攻擊的實用程序Reentrancy Guard等。[2022/7/6 1:54:22]

然后它會拿這些地址和它自己存的keeper名單做對比，看看是不是有2/3的keeper在這些地址里面。如果有，就認為發送過來的數據是合法的。

黑客通過bruteforce撞出了CCM中特定的“SolidityfunctionID”，從而得以調用EthCrossChainData的合約，并把其中存的keeper名單里的公鑰匙換成自己的,這樣他就可以任意的給CCM發信息，自己去進行簽署，從而操作lockproxy。

所以上述攻擊出現的問題有兩點：

1）任意的用戶可以進行的遠程調用合約。在這個事件之后，項目方加入了白名單機制，只有指定方可以調用這個非常特別的合約。

2）合約之間的從屬關系，導致關鍵的合約容易被篡改。

Multichain攻擊案例分析

Multichain是可實現跨鏈路由的橋，通過封裝資產“anyToken”，Multichain可實現任意資產的任意跨鏈。首先，當用戶把DAI放到池子里，等量的anyDAI就會被鑄造出來，然后由網絡中的驗證人確定這一事件，在B鏈鑄造出等量的anyDAI,然后燃燒掉A鏈的anyDAI。

受攻擊的合約中，關注下圖標記的1，2，3行：首先，從anyDAI?這個合約拿到它底層資產合約的地址，即DAI。其次，permit()?使用戶通過簽名來允許路由器從用戶地址中提款。最后，safetransferfrom是一個真正的提款動作。

注：簽名了的交易被表示為（v,r,s)

可以看到黑客惡意部署的代幣地址，和無效的簽名。

回顧8.1中的三行代碼，黑客重新部署了anyDAI導致底下OUTPUT的底層資產解析出來是WETH的地址。在此，Multichain在這里的失誤就是它應該檢驗代幣地址是不是來自Multichain的代幣。

第二個微妙的問題就是permit是erc20的一個擴展協議，但是由于比weth出來的時間晚，所以weth沒有支持這個特性。那么如果去調用一個合約的一個不存在的方法，EVM會自動去調用這個合約的fallback方法；然而，fallback方法在這個情況下也沒報錯，所以，permit功能也被成功執行。

而第三行之所以可以執行，我們可以認定因為Multichain之前請求了WETH無限的花費上線，黑客通過濫用了這個approval把WETH從受害者的賬戶轉出。但值得注意的是很多的協議都會使用，以幫助用戶節省gas費用。

BNB橋攻擊案例簡述

Binance事件的黑客用RangeProof偽造Merkleproof證明某些數據存在Merkletree。

Proof理論上難偽造。

BNB橋涉及數據結構IAVL：可理解為等價于以太坊的Merklepatriciatrie，是一種custommerklizedbalancebinarysearchtree，InnerNode分為Left和Right兩個字段。

在這里IAVL的RangeProof存在的重要問題就是它允許Left和Right兩個字段可以同時被填充。而當Left與Right都存在的情況下會忽略Right進行RootHash計算。

擊者基本上通過將信息粘貼到Right字段中的優勢，而這些信息從未得到驗證，也從未影響哈希計算，以使驗證者相信某些Leaf是Tree的一部分。從而，成功地偽造了MerkleProof。

關于BNB橋攻擊中更復雜的合約調用邏輯可以閱讀：

https://mp.weixin.qq.com/s/y9jiMKrGThN8J4agFnFpJw

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