隐藏在众目睽睽之下：复盘etherscan的零日漏洞

“如果你在etherscan中找到一个0day（零日）漏洞，你会怎么做？我决定构建一个‘弹球机‘。" ——paradigm研究合伙人samczsun

注：原文作者是samczsun。

我喜欢挑战假设。

我喜欢尝试做不可能的事情，找到别人错过的东西，用他们从未见过的事来使他们震惊。去年的时候，我根据一个非常费解的Solidity漏洞为Paradigm CTF 2021 编写了一个挑战。虽然公开披露了一种变体，但我找到的漏洞从未真正被讨论过。结果，几乎所有尝试过挑战它的人，都被它看似不可能的性质所难倒。

几周前，我们正在讨论关于Paradigm CTF 2022的计划，当时Georgios在推特上发布了一条难题推文，我认为在启动电话会议的同一天发布一个挑战会非常酷。然而，这不可能只是一次老掉牙的挑战。我想从这个世界得到一些东西，一些没有人会看到的东西，一些超越人们想象极限的东西。我想编写第一个利用0day（零日）漏洞的以太坊 CTF 挑战。

如何制造0day（零日）漏洞

作为安全研究人员，为了优化我们的时间，我们会做出一些基本假设。一是我们正在阅读的源代码确实产生了我们正在分析的合约。当然，只有当我们从可信的地方读取源代码时，这种假设才成立，比如说Etherscan。因此，如果我能找到一种方法让Etherscan错误地验证某些东西，我就能够围绕它设计出一个真正迂回的谜题。

为了找出如何利用Etherscan的合约验证系统，我必须验证一些合约。我在Ropsten测试网部署了一些合约来折腾并尝试验证它们。很快，我就看到了下面的界面。

我选择了正确的设置并进入下一页。在这里，我被要求提供我的合约源代码。

我输入了源代码并单击了验证按钮，果然，我的源代码现在附在了我的合约上。

既然我知道了事情是如何运作的，我就可以开始戏弄验证过程了。我尝试的第一件事是部署一个新的合约，将foo更改为bar，并用原始源代码验证该合约。毫不奇怪的是，Etherscan拒绝验证我的合约。

然而，当我手动比较两个字节码输出时，我注意到一些奇怪的事情。合约字节码应该是十六进制的，但显然有一些并非是十六进制的。

我知道Solidity会将合约元数据附加到部署的字节码中，但我从未真正考虑过它是如何影响合约验证的。显然，Etherscan 正在扫描元数据的字节码，然后用一个标记替换它，“这个区域中的任何东西都可以不同，我们仍然会认为它是相同的字节码。”

对于潜在的0day（零日）漏洞，这似乎是一个很有希望的线索。如果我可以欺骗 Etherscan 将非元数据解释为元数据，那么我将能够在标记为 {ipfs} 的区域中调整我部署的字节码，同时仍然让它验证为合法的字节码。

我能想到的在创建事务中包含一些任意字节码的最简单方法，是将它们编码为构造函数参数。Solidity 通过将 ABI 编码形式直接附加到创建交易数据上来对构造函数参数进行编码。

然而，Etherscan太聪明了，它将构造函数参数排除在任何类型的元数据嗅探之外。你可以看到构造函数参数是斜体的，以表明它们与代码本身是分开的。

这意味着我需要以某种方式欺骗 Solidity 编译器，使其发出我控制的字节序列，以便使其类似于嵌入的元数据。然而，这似乎是一个很难去解决的问题，因为如果没有一些严重的编译器争论，我几乎无法控制Solidity选择使用的操作码或字节，之后源代码看起来会非常可疑。

我考虑了一会儿这个问题，直到我意识到：导致Solidity发出（几乎）任意字节实际上是非常容易的。以下代码将导致 Solidity 发出 32 个字节的 0xAA。

bytes32 value = 0xaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa;

受到鼓舞，我很快写了一个小合约，它将推送一系列常量，以便 Solidity 会发出与嵌入的元数据完全相似的字节码。

令我高兴的是，Etherscan 在我的合约中间标记了IPFS 哈希的存在。

我快速复制了预期的字节码，并用一些随机字节替换了 IPFS 哈希，然后部署了生成的合约。果然，Etherscan 像往常一样考虑了不同的字节业务，并允许我的合约得到验证。

有了这个合约，源代码建议在调用 example() 时应该返回一个简单的字节对象。 但是，如果你真的尝试调用它，就会发生这种情况。

$ seth call 0x3cd2138cabfb03c8ed9687561a0ef5c9a153923f 'example()'
seth-rpc: {"id":1,"jsonrpc":"2.0","method":"eth_call","params":[{"data":"0x54353f2f","to":"0x3CD2138CAbfB03c8eD9687561a0ef5C9a153923f"},"latest"]}
seth-rpc: error: code -32000
seth-rpc: error: message stack underflow (5 <=> 16)

我在 Etherscan 中成功发现了一个0day（零日）漏洞，现在我可以验证行为与源代码建议完全不同的合约。而现在，我只需要围绕它设计一个解密游戏。

一个错误的开始

显然，这个解密游戏将围绕这样一个想法，即 Etherscan 上看到的源代码并不意味着合约的实际行为方式。我还想确保玩家不能简单地直接重放交易，因此解决方案必须是每个地址唯一的。最好的方法显然是要求签名。

但是在什么情况下会要求玩家签署一些数据呢？我的第一个设计是一个具有单一公开函数的简单puzzle。玩家将使用一些输入调用该函数，对数据进行签名以证明他们提出了解决方案，如果输入通过了所有各种检查，那么他们将被标记为solver。然而，当我在接下来的几个小时内充实这个设计时，我很快就对事情的结果感到不满意了，它开始变得非常笨重和不优雅，我无法忍受在一个设计如此糟糕的puzzle上毁掉如此棒的0day（零日）漏洞想法。

不得不承认，我无法在周五前完成这件事，于是我决定睡一觉。

Pinball弹球难题

周末我继续尝试迭代我的初始设计，但没有取得更多的进展。就好像我现在的方法碰壁了，尽管我不想承认，但我知道如果我想要我满意的东西，我可能不得不重新开始。

最终，我发现自己从第一原理重新审视了这个问题。我想要的是一个解密游戏，玩家必须在其中完成各种知识检查。但是，我没有要求完成知识检查本身就是获胜的条件，相反，这可能是允许玩家选择的众多路径之一。也许玩家可以在整个puzzle中累积分数，利用这个漏洞可以获得某种奖励。赢的条件只是最高的分数，因此间接鼓励使用漏洞。

我回想起我去年设计的一个挑战，Lockbox‌，它迫使玩家构建一个单一的数据块，以满足六个不同合约的要求。合约会对相同的字节应用不同的约束，迫使玩家在构建有效载荷的方式上变得聪明。我意识到我想在这里做一些类似的事情，我会要求玩家提交一个单一的数据blob，我会根据满足特定要求的某些数据部分来奖励分数。

正是在这一点上，我意识到我基本上是在描述 pinboooll‌，这是我在 DEFCON CTF 2020 决赛期间面临的一个挑战。pinboooll 的噱头是当你执行二进制文件时，执行会在控制流图上反弹，就像一个球在弹球机中反弹一样。通过正确构造输入，你将能够找到特定的代码部分并获得分数。当然，也有一个漏洞，但坦率地说，我已经忘记了它是什么，我也不打算再去寻找它。除此之外，我已经有了自己想要利用的漏洞。

由于我在处理的是一个运行当中的零日漏洞，我决定要尽快解决这个难题。最后，我花了几个小时让自己重新认识pinboooll的工作原理，并花了几天时间将其重新实现。这就解决了puzzle的支架问题，现在我只需要集成这个漏洞。

武装化一个零日漏洞

我让 Solidity 输出正确字节的方法一直是只加载几个常量，并让 Solidity 发出相应的 PUSH 指令。然而，这样的任意常数可能是一个巨大的危险信号，我想要一些能更好地融入其中的东西。 我还必须加载一行中的所有常量，这在实际代码中很难解释。

因为我真的只需要硬编码两个神奇的字节序列（0xa264…1220 和 0x6473…0033），所以我决定看看是否可以在它们之间夹入代码，而不是第三个常量。在已部署的合约中，我只需要用一些其他指令替换夹在中间的代码。

address a = 0xa264…1220;
uint x = 1 + 1 + 1 + … + 1;
address b = 0x6473…0033;

经过一些实验，我发现这是可能的，但前提是启用了优化器。否则，Solidity 会发出过多的值清理代码。 这是可以接受的，所以我继续改进代码本身。

我只能在两个地址内修改代码，但是在最后看到一个悬空的地址会很奇怪，所以我决定在条件语句中使用它们。我还必须证明第二个条件的必要性，所以最后我投了一点分数奖励。我做了第一次有条件的检查，检查tx.origin是否匹配了硬编码的值，以给人们一个最初的印象，即没有必要进一步追求这个代码路径。

if (tx.origin != 0x13378bd7CacfCAb2909Fa2646970667358221220) return true;
state.rand = 0x40;
state.location = 0x60;
if (msg.sender != 0x64736F6c6343A0FB380033c82951b4126BD95042) return true;
state.baseScore += 1500;

现在源代码都准备好了，我必须编写实际的后门。我的后门需要验证玩家是否正确触发了漏洞利用，如果他们没有正确触发，则不给出任何提示就失败，如果他们成功触发，则奖励他们。我想确保漏洞不会被轻易重放，所以我决定只要求玩家签署自己的地址，并在交易中提交签名。为了增加乐趣，我决定要求签名位于交易数据中的偏移量0x44处，球通常会从这里开始。这将需要玩家了解 ABI 编码的工作原理，并手动将球数据重新定位到其他地方。

但是，在这里我遇到了一个大问题：根本不可能将所有这些逻辑都放入 31 字节的手写汇编中。幸运的是，经过一番考虑，我意识到我还有另外 31 个字节可以使用。毕竟，真正嵌入的元数据包含了另一个 Etherscan 也会忽略的 IPFS 哈希。

在打了一些代码高尔夫之后，我抵达了一个可以工作的后门。在第一个 IPFS 哈希中，我会立即弹出刚刚推送的地址，然后跳转到第二个 IPFS 哈希。在那里，我会哈希调用方，并部分设置memory/堆栈以调用 ecrecover。然后我会跳回第一个 IPFS 哈希，在那里我完成设置堆栈并执行调用。最后，我将分数乘数设置为等于 (msg.sender == ecrecover()) * 0x40 + 1，这意味着不需要额外的分支。

在把后门编码成一定大小后，我在推特上发布了我的Rinkeby地址，以便从水龙头处获取一些测试网ETH，然后向任何观看这条推文的人暗示可能会发生一些事情。接着，我部署了合约并对其进行了验证。

现在剩下要做的，就是等待有缘人发现隐藏在视线中的后门。

注：截至发稿时，来自Rocket Pool的软件开发者Kane Wallmann已经解出了这个谜题，具体过程在这里：https://medium.com/@kanewallmann_71759/an-untrustworthy-pinball-machine-d9dcd07882c

此外，Etherscan开发者Caleb Lau也已经修复了该漏洞。