关键词:
区块链
智能合约
漏洞检测
中间表示
符号执行
摘要:
区块链是一种去中心化的分布式账本技术,用于记录和追踪交易数据的变更历史。通过共识算法,它能够确保交易数据的可靠性和安全性。智能合约是建立在区块链技术之上的自动化协议,能够在无需第三方干预的情况下,自动执行合约中的各项条款。借助区块链的去中心化及不可篡改的特性,智能合约为各行业带来了广泛的机遇。然而,尽管智能合约具有许多优势,但同时也面临着一系列挑战和风险。特别是那些存在安全漏洞的智能合约,一旦受到攻击,可能会导致用户资金损失、数据泄露等严重后果。因此,对智能合约漏洞检测方法进行研究具有十分重要的意义。
中间表示是一种高效的智能合约漏洞检测方法,能够检测重入、时间戳依赖等安全漏洞,同时还能够降低性能开销。然而,由于智能合约功能的复杂性和独特性,中间表示方法在分析智能合约时存在语义转化不完善的问题,这在一定程度上影响了其漏洞检测的全面性和精确性。此外,通过在符号执行中使用约束求解器对整数溢出表达式进行建模,可以有效地检测智能合约中的整数溢出漏洞。然而,该方法存在路径爆炸问题,在面临较为复杂的智能合约时,会增加程序的执行时间和资源消耗,从而导致检测效率较低。
本文针对以上问题对智能合约漏洞检测方法进行研究,具体研究内容如下:
(1)针对中间表示检测重入漏洞、委托调用漏洞、拒绝服务漏洞、自毁漏洞、时间戳依赖漏洞以及交易顺序依赖漏洞产生的误报以及漏报问题,本文结合漏洞的原理及其防御机制提出了一种优化的智能合约漏洞检测策略。同时,由于对合约的语义进行转化是中间表示方法中重要的一个环节,该环节对中间表示检测漏洞的准确性产生直接的影响。因此,本文通过将合约字节码转换为更抽象且易于分析的三地址码形式的中间表示,进而将其转换为一组逻辑关系,以准确表达合约的语义信息。在此基础上,定义推理规则以丰富逻辑关系,使其能够表达合约中更复杂的语义信息。此外,定义一组基于语义事实的漏洞检测规则,用于检测智能合约中的六种重要漏洞。最后,对以太坊上的真实智能合约进行检测。实验结果表明,该方法在一定程度上提升了漏洞检测的准确率。
(2)针对路径爆炸导致的符号执行检测整数溢出漏洞效率较低的问题,本文提出了一种基于关键路径的符号执行方法来检测智能合约中的整数溢出漏洞。首先,通过静态分析识别合约中可能存在漏洞的关键节点,并采用启发式路径搜索策略探索相应的关键路径,以快速发现潜在的漏洞点。然后,进一步对关键路径进行优化处理,以便符号执行能够快速覆盖关键节点,避免盲目执行程序路径。此外,针对不同的整数类型发生溢出的情况,定义相应的漏洞检测逻辑,以实现更全面的整数溢出漏洞检测。在符号执行的过程中,使用约束求解器对收集的路径约束进行求解,以判断路径的可达性以及是否存在整数溢出漏洞。同时,引入污点分析技术将可能导致漏洞的程序输入和操作结果标记为污点,并跟踪其流向,以确定该污点是否可以达到程序的关键点。最后,对以太坊上真实智能合约进行检测,结果表明,该方法在漏洞检测的效率以及准确性方面均有提高。