05.整数溢出_1

2023-06-23 20:41:12 # 00.security

整数溢出

简介

solidity和其他编程语言一样，存在溢出问题。它包括加法溢出、减法溢出、乘法溢出三类

原理

在solidity中，变量支持的整数类型长度以8递增，从uint8到uint256，以及int8到int256。

EVM中储存一个数所占的位数是固定，在solidity 0.8.0之前，只有截断模式，当存储的数字长度超出最大值时会导致进位，使所有1翻转成0。比如：uint8的255(11111111)，当它加1，不会变成256，而是变成0，原因是11111111===>00000000。EVM不会提示你可能溢出了。

各个uint变量的最大值：

uint8 最高为: 255
uint16 最高为: 65535
uint24 最高为: 16777215
uint32 最高为: 4294967295
uint40 最高为: 1099511627775
uint48 最高为: 281474976710655
uint56 最高为: 72057594037927935
uint64 最高为: 18446744053709551615
uint72 最高为: 4722366482869645213695
uint80 最高为: 1208925819614629174706175
uint88 最高为: 309485009821345068724781055
uint96 最高为: 79228162514264337593543950335
uint104 最高为: 20282409603651670423947251286015
uint112 最高为: 5192296858534827628530496329220095
uint120 最高为: 1329227995784915872903805060280344575
uint128 最高为: 340282366920938463463374605431768211455
uint136 最高为: 87112285931760246646623899502532662132735
uint144 最高为: 22300545198530623141535718272648361505980415
uint152 最高为: 5708990570823839524233143877797980545530986495
uint160 最高为: 1461501637330902918203684832716283019655932542975
uint168 最高为: 374144419156711147060143317175368453031918731001855
uint176 最高为: 95780971304118053647396689196894323976171195136475135
uint184 最高为: 24519928653854221733733552434404946937899825954937634815
uint192 最高为: 6277101735386680563835789423205666416102355444464034512895
uint200 最高为: 1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301375
uint208 最高为: 411376139330301510538742295639337626245683966408394965837152255
uint216 最高为: 105312291668557186697918027683670432318895095400549111254310977535
uint224 最高为: 26959946667150639794667015087019630673637144422540572481103610249215
uint232 最高为: 6901746346790563787434755862277025452451108972170386555162524223799295
uint240 最高为: 1766847064778384329583297500542918515827483896875618958121606201292619775
uint248 最高为: 452312848583266388373324160190187140051835877600158453279131187530910662655
uint256 最高为: 115792089237316195423570985008687905853269984665640564039457584005913129639935

溢出复现

我们以加法溢出为例，对溢出原理进行深入理解

pragma solidity <=0.6.0;
contract Test {
    function sub(uint a, uint b) public pure returns (uint) {
        uint c = a - b;
        return c;
    }
}

因此，我们知道，solidity的减法操作在EVM中是使用sub操作码进行的。go-ethereum中的sub源码如下：

func (z *Int) Sub(x, y *Int) *Int {
	var carry uint64
	z[0], carry = bits.Sub64(x[0], y[0], 0)
	z[1], carry = bits.Sub64(x[1], y[1], carry)
	z[2], carry = bits.Sub64(x[2], y[2], carry)
	z[3], _ = bits.Sub64(x[3], y[3], carry)   //借位信号返回值被忽略
	return z
}

type Int [4]uint64

func Sub64(x, y, borrow uint64) (diff, borrowOut uint64) {
	diff = x - y - borrow
	borrowOut = ((^x & y) | (^(x ^ y) & diff)) >> 63
	return
}//我们需要注意的是，有两个返回值：一个是diff，一个是借位信号borrowOut

这个Int实际上是由4个uint64串联而成的结构，而四个64位就是256位，所以我们可以把结果直接看成uint256，那么这个函数实现的就是两个uint256数的相减。关键：借位信号返回值被忽略

相关案例

2018年4月22日，黑客对BEC智能合约发起攻击，凭空取出：
- 57,896,044,618,658,100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.792003956564819968个BEC代币并在市场上进行抛售，BEC随即急剧贬值，价值几乎为0，该市场瞬间土崩瓦解。
2018年4月25日，SMT项目方发现其交易存在异常，黑客利用其函数漏洞创造了：
- 65,133,050,195,990,400,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000+50,659,039,041,325,800,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000的SMT币，火币Pro随即暂停了所有币种的充值提取业务。
2018年12月27日，以太坊智能合约Fountain(FNT)出现整数溢出漏洞，黑客利用其函数漏洞创造了：
- 2+115792089237316195423570985008687905853269984665640564039457584005913129639935的SMT币。历史的血泪教训，如今不该再次出现。让我们一起缅怀这些一夜归零的代币，吸取前人经验教训。

以BEC合约为例，合约地址为：0xC5d105E63711398aF9bbff092d4B6769C82F793D。

在 etherscan 上的地址为：https://etherscan.io/address/0xc5d105e63711398af9bbff092d4b6769c82f793d#code

存在溢出漏洞的合约代码如下：

function batchTransfer(address[] _receivers, uint256 _value) public whenNotPaused returns (bool) {
    uint cnt = _receivers.length;
    uint256 amount = uint256(cnt) * _value; //溢出点，这里存在整数溢出
    require(cnt > 0 && cnt <= 20);
    require(_value > 0 && balances[msg.sender] >= amount);
 
    balances[msg.sender] = balances[msg.sender].sub(amount);
    for (uint i = 0; i < cnt; i++) {
        balances[_receivers[i]] = balances[_receivers[i]].add(_value);
        Transfer(msg.sender, _receivers[i], _value);
    }
    return true;
  }

黑客传入了一个极大的值（这里为2**255），通过乘法向上溢出，使得 amount（要转的总币数）溢出后变为一个很小的数字或者0（这里变成0），从而绕过 balances[msg.sender] >= amount 的检查代码，使得巨大 _value 数额的恶意转账得以成功。

实际攻击的恶意转账记录：https://etherscan.io/tx/0xad89ff16fd1ebe3a0a7cf4ed282302c06626c1af33221ebe0d3a470aba4a660f

溢出漏洞攻击案例

其他有问题的代码

预防措施

使用OpenZeppelin的SafeMath库。注意：库函数可能会使合约无法使用

pragma solidity ^0.4.24;
library SafeMath {
  function mul(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    if (a == 0) {
      return 0;
    }
    uint256 c = a * b;
    require(c / a == b);
    return c;
  }
  function div(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    require(b > 0); 
    uint256 c = a / b;
    return c;
  }
  function sub(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    require(b <= a);
    uint256 c = a - b;
    return c;
  }
  function add(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    uint256 c = a + b;
    require(c >= a); 
    return c;
  } 
  function mod(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    require(b != 0);
    return a % b;
  }
}

有效的上下文校验：使用require、revert、assert

function add(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
    uint256 c = a + b;
    require(c >= a);
    return c;
  }

最简单的方法是使用至少 0.8 版本的 Solidity 编译器。在 Solidity 0.8 中，编译器会自动检查上溢和下溢。不会溢出

pragma solidity ^0.8.0;

contract Test {
    uint public a = 0;
    function y() public{   
        a--;
    }
}

如果就是想溢出呢？

可以这么做：使用unchecked，这样做的意思是让编译器不要检查（不检查模式）

pragma solidity ^0.8.0;

contract Test {
    uint public a = 0;
    function y() public{   
    	unchecked{
    		a--;
    	}        
    }
}

使用代码审计工具：https://github.com/wangbar0133/Asuka。

这是使用纯python编写的solidity代码审计工具，不需要安装solc等其他环境，可一键安装。如图是BEC整数溢出漏洞检测出来的结果

其他

for循环

fori循环中，i 的类型将是 uint8，因为这是保持值 0 所需的最小类型。如果数组的元素超过 255 个，则循环不会终止。使用uint i（256 位）可以避免这个问题。

注意：EVM 不允许无限计算，因此循环将消耗所有气体，交易将终止，但仍需向矿工支付费用。

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for (var i = 0; i < arrayName.length; i++) {
	uint ikun = 0;	
}

2023-06-23 20:41:12 # 00.security