斯坦福大学 CS251(加密货币与区块链技术) 2021 期末考试题 看看你能得多少分？

编译：TechFlow intern

根据斯坦福荣誉守则的明文规定和精神，我在这次考试中既没有得到任何帮助，也没有提供任何帮助给别人。

• 本考试包含6个问题，共计100分。

• 你需要在规定时间完成考试。

• 请在Gradescope (D5GKRX)上作答。  

• 回答问题请简明扼要。

问题1.（18分）宏观问题。

A)→请简要回答为什么Rollup系统将所有交易都存储在链上？如果交易数据丢失，而其他地方又没有备份，那将会怎么样呢？

B)→请看以下Solidity 代码:

pragma solidity ^0.8.0;

contract ERC20 is IERC20 {

mapping(address => uint256) private _balances;

event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value); function _transfer(address sender, address recipient, uint256 amount) { emit Transfer(sender, recipient, amount);

假设该代码部署于两个契约中：一个地址为X的契约和一个地址为Y的契约。 以下的哪个选项可以在契约X中读到_balances的状态？圈出正确的答案（一个或多个）。

A 合同ERC20中地址X处的_transfer()函数中的代码

B 合同ERC20中地址为Y的_transfer()函数中的代码

C 使用 etherscan.io的终端用户

C)→继续上一题，下面哪一个选项可以在函数_transfer()被撤回时，读取日志项Transfer的发出?请圈出正确的答案。

A 在ERC20合同中定义的地址为X的getBalance()函数中的代码

B 在ERC20合同中定义的地址为Y的getBalance()函数中的代码

C 使用 etherscan.io的终端用户

D)→当两个以太坊交易txi和tx2 被同时提交时，将 交易  txi的maxPriorityFee设置为y, 交易tx2的maxPriorityFee设置为2y， 请问tx2一定要在txi之前在chain上执行吗? 请给出答案并论证。 你可以假设txi和tx2的maxFee都大于baseFee + maxPriorityFee。  

E)→ Alice想从经销商Bob那里买一辆车。她发送1个比特币到Bob的比特币地址。Bob等待一个交易， 这个交易中其1，输入来自Alice的地址，其2，其中一个输出是绑定到Bob地址的UTXO，价值1 BTC。只要鲍勃在比特币区块链上看到这笔交易，他就把钥匙给Alice，然后Alice就可以把车开车走了。这样安全吗? Alice能免费得到那辆车吗? 如果可以，请解释原因。如果不可以，请解释Bob应该如何做来确保他被支付。

F)→Alice有一台型号为Y的全新特斯拉。她现在就可以以此为抵押物在Compound系统做贷款吗（在不卖出的情况下）？ 如果是，请解释怎么做，如果不可以，请解释为什么。

问题 2.（20分） Byzantine broadcast.

假设有n 方， 而且n>3, 其中一方被指定为是sender. Sender有比特b∈{0,1}. brodacast 协议是指各方向对方发出信息，而且最终每一方都输出一些 比特bi，这里的i可以是1，....,n或者为0.

我们认为协议具有一致性，即对于每两个诚实方来说，如果一方输出b，另一方输出b'，则b = b'。

我们认为协议是有效的，即如果发送方是诚实的，则所有诚实方的输出等于发送方的输入比特b。 

我们认为协议具有普遍性，即当某个诚实方输出一个比特时，那么最终所有的诚实方都输出一个比特。

一个 reliable broadcast protocol(RBC)是满足以下三个特性的广播协议。我们假设存在一个公钥基础设施(PKI)，这意味着每一方都有一个秘密的签名密钥，并且每一方都知道另一方的正确的公开签名验证密钥。

在同步网络中，考虑以下广播协议:

步骤0: The sender sends its input bit b (along with its signature) to all other parties. The sender then outputs its bit b and terminates. Sender 向其他所有协议方 连同其签名一起输入比特b，然后输出比特b 并终止。

步骤1 : 每个非发送方i 向其他非发送方反馈其从发送给方听到的信息，该信息被附加了i的签名。 如果其未听到任何发送方的消息，则在这一环节什么都不做。同样地，如果发送方的信息是畸形的，那非发送方在这一环节仍然什么都不做。畸形的信息包括 发送者的签名无效，或者该信息并被单独比特。

步骤2：每个非发送将其收到的所有信息收集起来，最多到n - 1的消息, 其中最多一条来自步骤0的发送方，和最多1条来自步骤1中的每一个非发送方non-sender方。如果有两个由发送方收到消息包含一个有效的签名,但比特相反(即,在一个签名的消息中，比特为0，在另一个签名的消息中，比特为1)，那么发送方是不诚实的，那么非发送方输出0并终止协议。相反，发送方发送的所有正确签名的比特都是相同的，那么非发送方输出该比特。如果非发送方没有收到任何消息，则不输出任何内容。

针对以下问题，描述一次攻击，或解释为什么没有受到攻击。

A)    假设最多只有一个不诚实方，协议是否仍具有一致性?  

B)    假设最多只有一个不诚实方，协议是否仍具有有效性？

C)    假设最多只有两个不诚实方，则表明协议不具备一致性。

D)    假设最多有两个不诚实方，协议是否具有有效性？

E)     对于任何数量的不诚实方，协议是否具有普遍性？

问题3（20分）: Automated market maker (AMM).

你作为Uniswap V2的流动性提供者，为DAI/ETH池贡献5个ETH即5000个DAI。假设1个DAI值1美元，那么你的出资总额为1万美元。

A)    几个月后，1个ETH的价格上升到2000 DAI。在DAI/ETH池适应这个新的汇率稳定下来以后，您决定撤回作为流动性提供者的全部份额。假设系统不收费(∅= 1)，你会收到多少ETH和DAI ?

B)    如果你自己持有你的5 ETH和5000 DAI，你的资产现在将价值15K DAI，获取了5000 DAI的利润。在这几个月里，作为Uniswap V2的流动性提供者，与“自己持有”策略相比，你经历了什么损失? 将损失以美元的绝对值表示，假设1 DAI = 1 USD。这被称为暂时性损失，尽管在这种情况下，这种损失是相当永久性的。

C)    如果您因担任Uniswap V2的流动性提供者而损失了x美元，Uniswap V2是用部分（b）计算x的，那么这些资金流向了哪里？具体来说，就是谁在这个过程中获得了x美元？

D)     现在让我们转向使用Uniswap V2 交易。假设Bob使用DAI/ETH池将DAI兑换成ETH进行大型 交易。交易完成后，DAI/ETH池中的DAI金额比之前略高，而ETH的金额则略低。因此，DAI/ETH  池中的资产比率有点偏离其平衡点。

套利者Alice发现了这个机会，并希望在反方向发行一个交易，以重新平衡资金池。她旨在从这笔交易中获利，所以希望确保她的交易在Bob交易后被立即执行。这种策略被称为“尾随”。

那么Alice如何能实施尾随计划呢？请提出可以使Alice的交易在Bob之后可以有合理机会被立即被执行的方法。

E)      假设10个不同的套利者，为捕获Bob的交易创造的套利机会， 在同一时间执行了相同的尾随操作策略。他们都使用了你在(D)部分中所描述的相同机制，那么这10个中的哪一个会获胜呢？  

问题4. [16 分]: Hashmasks 重入缺陷

在第8课和第3节中，我们讨论了坚固重入缺陷。在这个问题中，我们将看一个有趣的现实世界的例子。考虑下面16384个NFT中使用的稳固代码片段。通过撤回此NFT合约上的mintNFT（）函数，用户一次最多可以声明20个NFT。您可以假设所有内部变量都由构造函数正确初始化（未显示）。

function mintNFT(uint256 numberOfNfts) public payable {

require(totalSupply() < 16384, "Sale has already ended");

require(numberOfNfts > 0, "numberOfNfts cannot be 0");

require(numberOfNfts <= 20, "You may not buy more than 20 NFTs at once"); require(totalSupply().add(numberOfNfts) <= 16384, "Exceeds NFT supply"); require(getNFTPrice().mul(numberOfNfts) == msg.value, "Value sent is not correct");

for (uint i = 0; i < numberOfNfts; i++) {

uint mintIndex = totalSupply(); // get number of NFTs issued so far        

_safeMint(msg.sender, mintIndex); // mint the next one

function _safeMint(address to, uint256 tokenId) internal virtual {

// Mint one NFT and assign it to address(to).

require(!_exists(tokenId), "ERC721: token already minted");

_data = _mint(to, tokenId); // mint NFT and assign it to address to

_totalSupply ++; // increment totalSupply() by one

if (to.isContract()) {

// Confirm that NFT was recorded properly by calling

// the function onERC721Received() at address(to).

// The arguments to the function are not important here.

// If onERC721Received is implemented correctly at address(to) then

// the function returns _ERC721_RECEIVED if all is well.

bytes4 memory retval=

IERC721Receiver(to).onERC721Received(to, address(0), tokenId, _data);

require(retval == _ERC721_RECEIVED, "NFT Rejected by receiver");

让我们证明_safeMint根本不安全（尽管它的名字是安全）。

A)    假设已经铸造了16370个NFT，那么总供给（）=16370。请解释恶意合同如何导致超过16384个NFT被伪造。攻击者最多可以造出多少个NFT？

提示：如果在呼叫地址收到的OneRC721是恶意的，结果会怎样？请仔细检查铸币回路，并考虑重入缺陷。

B)    假设现在总供给的价值是16370，请写出实施对（a）部分进行攻击的恶意Solidity合约代码。

C)    你会在前一页的代码中添加或更改哪一行Solidity来防止你的攻击?请注意，单个交易不应该铸造超过20个NFT。

问题5.  （15分）比特币问题 .

A)    Lightning Network协议的好处是无需向比特币网络发布交易即可执行支付。Lightning Network支付最终会完全取代所有的比特币交易，使区块链变得不必要吗?

B)    回顾而知，比特币交易有一组输入地址和一组输出地址。通常，每个输入地址预示着整个交易可(不包括签名)授权支付。此签名类型被称为SIGHASH_ALL。

相反，假设使用每个输入地址的密钥来签名整个Txin(交易的输入部分，不包括签名)，而不签名其他任何内容。也就是说，Txout(交易的输出部分)没有签名。(该签名类型称为SIGHASH_NONE)。

一旦交易提交给比特币网络后，对于使用SIGHASHNONE方法的交易，矿工是否可以从其输入的地址中窃取资金?如果可以，请解释如何窃取;如果不可以，请解释原因。

C)    如果有人在只有ECDSA公钥的情况下，发现了一种方法来伪造ECDSA签名的任意消息，比特币会受到怎样的影响? 假设伪造一个签名需要30分钟且不能加速。

问题6.（11分）: Tornado 现金

在第14讲中，我们讲了Tornado Cash搅拌机。回想一下，Tornado现金合同需要存储一个大的nullifiers,列表，每次从树中提取一个nullifiers,。在合同撤销期间，合同需要确保被撤销的票据的nullifiers,不在已撤销的nullifiers,清单中。如果是，合同将这个nullifier添加到集合中。Tornado现金合同将其实现为一个映射:

mapping(bytes32 => bool) public nullifierHashes;

在撤销过程中，合同应验证所提供的zk-SNARK证据，如果合同有效，则应:

bytes32 _nullifierHash; // nullifier of note being withdrawn require(!nullifierHashes[_nullifierHash], "The note has been spent"); nullifierHashes[_nullifierHash] = true;

A)    假设从树中成功提取了k。考虑一个矿工正在验证以太坊交易。作为k的函数，这个矿工需要分配多少存储空间来存储nullifierhash映射? 你可以假设除了这个nullifierhash映射之外，Tornado合同不需要其他长期存储。

B)    如果我们能将撤销的nullifier Sk在链外存储起来，比如储存在云端，那就更好了。Tornado契约将只存储针对当前nullifier Sk集合的一个短提交。当撤回withdraw函数时，用户将向该函数提供所有当前参数，此外，用户还将提供：

• 一个证明π，即 撤回的硬币的nullifier nf  不在提交的nullifier 集合中，即nf ∉Sk，而且

• Tornado合同能够计算更新的nullifier 集合提交的足够的信息Sk+1：= Sk U {nf}

该合约将验证π的证明 nf  ∉ Sk，并计算出对Sk+1的提交，并用更新后的对Sk+1的提交替换当前对Sk的提交。

有几种数据结构提供了这些功能，比如Sk的提交是一个32字节的哈希值，而π证明只包含2个[log2k] 32字节的哈希值。此外，这个简短的证明使Tornado合同能够计算Sk+1的短期提交。通过改编第7讲中介绍的Merkle Patricia树可以得到一个例子，但我们将把这个问题留到以后来解决。

虽然这种方法将大大减少合同存储矩阵的大小，但只有当它将减少撤回提取函数所需的燃料时，才值得实现。考虑以下的燃料成本:

• 写入存储数组中的零项: 20K 燃料

• 写入存储数组中的非零项: 5K 燃料,

• calldata (包含参数函数的字节数组): 每字节16个燃料

假设我们只计算上面列出的三项所消耗的燃料。当撤回当前的执行时，这一改变将节省的燃料价值k是多少？回想一下，证明π是32 × 2［log2k]字节，其必须作为提取函数撤回call-data的一部分提供。

C)    回想一下，Tornado现金提供了一个合规工具，可以让用户去匿名化他们的硬币:该工具生成一个文件，将用户的存款与特定的撤回联系起来。在交易所接受该资金前，该文档可能需要提交给集中式交易所(如Coinbase)。

假设n个人将一枚硬币存入一个Tornado 池，那么这个池的匿名性设置为n(假设n = 1000)。此后，所有的n个人将他们的硬币取出到n个新的以太坊地址中(每个新地址都有一个硬币)。观察者无法判断哪个新的以太坊地址对应于这n个人中的某一个，因此匿名集的大小为n。

但是，假设有n - 1人使用合规工具并将结果文档发送到Coinbase。这对于最后一个希望拥有私人地址的人的隐私意味着什么?

课程链接：https://cs251.stanford.edu/