区块链研究实验室 | 深入解析Solidity合约

这次主要讨论Solidity背后的运作原理，到底一个Solidity合约经过编译到部署上链之间的过程是如何运作的，以及后续呼叫合约时的流程，知道得越多就越能写出安全可靠的合约。

我们都知道一个Solidity程序代码写完之后，必须将它编译成byte code，才能透过交易部署至链上，变成所谓的智能合约。我们以下面的EtherDice.sol为例子。

当EtherDice.sol经过编译之后，会产出下面的一长串byte code，这些可以透过EVM assbemly来一步步解析，但用肉眼很难看出到底是如何运作的，至少我不行。

以执行的方式来看，这些bytecode可以先分成固定的三个部分，如下：

• Creation—这部分是用来执行合约里的constructor，而且不会储存在区块内，这也就是为什么constructor只会执行一次。可以看到下图绿色的部分，constructor执行完毕之后，就是取出Runtime部分，最后将它储存在区块中。
• Runtime—这部分是合约的主体，除了constructor之外的部分，链上储存的就是这份bytecode。在部署合约的时候，并不会执行Runtime的部分，而是在后续跟合约互动的时候才会用到。
• Constructor Parameters—constructor的参数通通放在最后面，方便用完舍弃。

合约部署上链之后，在使用合约内的某个函式时，其流程又是如何运作的？这就归Runtime部分的byte code来负责了。如下图，Runtime可以分成几个固定的部分，其中最常用到的就属 functionselector ，它主要负责逐一比对想要呼叫的function signature是否有存在byte code中，若有就执行，否则就会执行fallback function。若合约连fallbackfunction都没实作，则交易就会被Revert。

简单介绍完合约部署上链及呼叫函式的流程之后，让我们来看看对于EtherDice合约的攻防思路，就会变得相当容易理解。

1. 小明的发财梦

小明是个区块链的初学者，想趁着这股风潮趁机大捞一笔。他心里盘算着，大家满手ether没地方花，不如来开发个赌博游戏吧。这游戏必须符合容易上手、无法精通的重要原则，才能吸引大量玩家。好吧，就来开发经典的骰子游戏，容易理解又可以灵活的控制胜率，根本是稳赚不赔的生意。测试版没两三下就开发好了，小明是个认真用功的好学生，记得老师上课时讲过，要先在测试链上面跑跑看，没问题再放到主链上，才是正确的开发流程。于是小明照办了，就先放到Ropsten Testnet吧！因为是个dApp，所以程序代码当然也是要公开透明，让玩家知道庄家没有一点作弊的可能。为求保险，他还将程序代码上放某个知名的bug bounty网站—solidified，公开悬赏漏洞。一切都设置好之后，终于可以安心睡觉了。

2.EtherDice的漏洞

阿财是个业余的bug hunter，平时最大的嗜好就是挖bug赚奖金。又是个没局的夜晚，阿财跟平常一样独自坐在计算机前看文章，信箱突然登登一声，一封主旨为New bounty posted的email出现在屏幕的角落，阿财马上点开信中的连结，想要抢快挖bug。经验丰富的阿财只看EtherDice的合约名称就马上知道可能的漏洞在哪边，果不其然，又是一个想发财的新手，这下捡到宝了。

骰子游戏中最重要的random number来源居然是使用区块的timestamp，只要写个攻击的合约，透过合约来呼叫EtherDice的bet，就可以事先计算block.timestamp % 6的结果再来下注，就每赌必赢啦！！阿财很迅速的完成攻击合约，并写下建议的修补方式，就提交bug了。

3. 修补EtherDice的漏洞

小明才刚躺在床上都还没睡着，手机就传来email的通知，没想到居然这么快就被找到bug，经过测试确认之后，DiceHack.sol的确是可以成功压中每一笔下注。他一边喃喃自语solidified不愧是全球最大的solidity bug bounty网站，效率真高，这钱花的实在值得，一边着手修补漏洞。

防御的概念是这样的，只要能判断发出交易的address是一般的 externally owned account (EOA，也就是由使用者控制密钥的账户)，还是 contract account，就可以挡下由DiceHack.sol发出的交易，这样就没问题啦。

合约部署上链后，会将runtime部分储存起来，透过判断某个address是否拥有runtime的bytecode就可知它是否为contract address。幸好，solidity支援inline assembly，可以直接在solidity程序代码内使用 extcodesize取出储存的byte code长度，若长度为0就表示是EOA发出的，否则就是合约。

小明修改完程序代码之后，再跑一次DiceHack.sol，果然成功挡下，看到屏幕上跳出 robot is not allowed!! 讯息，嘴角不禁微微抽动。这下终于可以高枕无忧，离他的发财梦也不远了。

4. 道高一尺魔高一丈

一切都在阿财的预料之中，但令他感到意外的是这个新手居然马上就修补好漏洞，这样的热血青年实在令人赞赏，沈思几秒之后，阿财心里默默说出，好吧，这次就放过你了。于是着手提交第二个bug，并附上他早就预备好的第二支攻击合约。

攻击思路是这样的，solidity经过编译之后，主要有creation及runtime两个部分的byte code，首先执行creation，此时，runtime程序代码尚未储存，这样extcodesize(addr) 的回传值一定会是0。因此只要把攻击程序代码写在合约的constructor里面，就可以绕过侦测机制，发动攻击。

这次阿财并没有说明防御的方法，因为他希望这位热血青年能够继续钻研技术，用自己的方式找出答案。其实他这么做都是为了增加取暖人数，毕竟币圈正值寒冬，能多一人是一人。

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