OneSwap系列八之魔鬼的名字叫重入

在智能合约的开发过程中，一个需要考虑的重要问题即是合约是否有可能遭受重入攻击。一个最经典的重入攻击案例即为2016年的DAO项目所经历的攻击，最终造成约360万个以太币被盗窃，并直接导致了Ethereum从Ethereum Classic的硬分叉。

重入攻击的原理很简单：以太坊上的智能合约彼此之间可以相互调用。假设在一个合约A执行过程中发生了一次外部的合约B调用，并且合约B是由黑客所控制的，合约B的调用过程中可以重新进入合约A的调用。如果合约A在执行外部合约调用之前并未完成自己的内部状态更新，则有可能会被合约B利用从而盗取资产。

以下面的合约C为例：

contract C{
    function deposit() external{
        ....
    }
  function withdraw() external {
      uint256 amount = balances[msg.sender];
      require(msg.sender.call.value(amount)());
      balances[msg.sender] = 0;
  }
}

合约C提供了以太币的质押和提取接口，用户可以将一定数量的以太币质押到该合约，以使用合约提供的其他功能，如获取利息、投票等。在需要退出时，可以调用提取接口将自己原先质押的资产取回。

可以看到，合约C的withdraw方法首先读取了当前交易者质押的资金总量，随后调用call方法将该数量的以太币转给交易者账户。但由于msg.sender有可能是一个合约账户，合约的fallback方法在收到以太币后被触发，并且在fallback方法中再次调用了合约C的withdraw方法。当再次进入合约C的withdraw方法时，再次读取交易者质押的资金总量，与上次完全一样。因此，恶意合约再次收到了该数量的以太币，再次进入合约C的withdraw方法，直到合约C的余额耗尽。

另外，还有一种是跨函数的重入攻击。即在一个合约的两个方法之间共享了某些内部状态，从一个方法中调用其他合约，其他合约再次冲入到该合约的另外一个方法，最终造成类似的效果。

防止重入攻击的方法也很简单，一个是利用锁机制，另一个是编码时遵循Checks-effects-interactions模式。

锁机制在合约内部加了一个状态变量，该状态变量用来标识合约是否被重入。在合约的关键方法被调用时，首先会判断是否已经处于锁定状态，如果是则回退所有的状态更改。如果否则将锁锁上，在执行完当前方法所有逻辑后再将锁打开。因此当外部合约再次重入到合约的内部时，合约已经被锁定，攻击无法继续。

仍然以合约C为例，采用锁机制的解决方法如下：在合约中增加了unlocked变量，合约构造时需要将该变量初始化为true。并且为withdraw方法都增加了修饰符onlyUnlocked，仅在合约当前处于非重入的状态下才会真正执行资产的提取操作。

contract C{
    bool unlocked;
    modifier onlyUnlocked{
            require(unlocked,"contract is already locked");
        unlocked = false;
        _;
        unlocked = true;
    }
    function deposit() external{
        ....
    }
  function withdraw() external onlyUnlocked{
      uint256 amount = balances[msg.sender];
      require(msg.sender.call.value(amount)());
      balances[msg.sender] = 0;  
  }
}

值得注意的是，上述机制定义了锁变量unlocked来标识当前状态是否是解锁状态，同样也可以定义一个locked变量来实现同样的功能。两者的区别在于unlocked变量在构造时需要被设置为true，而locked变量则节省了这一步操作。

Checks-effects-interactions模式指的是在开发人员在编码时应遵循先检查，再更改内部状态，最后与外部合约进行交互的规范。以合约C为例，采用该模式的合约写法如下：

contract C{
    function deposit() external{
        ....
    }
  function withdraw() external {
      uint256 amount = balances[msg.sender];
      require(amount != 0,"account balance is zero");
      balances[msg.sender] = 0;
      require(msg.sender.call.value(amount)());
  }
}

在进行资产提取时，首先判断账户余额是否为0。如果是则回退状态更改，如果否则先将账户余额设置为0，最后调用call方法进行外部转账。此时，恶意合约的fallback方法再次调用withdraw方法时，由于账户余额已经被清零，攻击者无法提取更多的资产。

另外，还有一种情况下无需特别考虑重入攻击问题，即合约没有保存任何内部状态。此时，即使当前合约被重入，也不存在前述的状态部分更改的问题，因此不会带来之前的严重后果。Oneswap项目中的Router合约即属于这种类别，Router合约本身仅负责对一些计算工作和对 Pair合约的调用转发，即使该合约调用过程中被重入也仅仅是重复进行一些计算和调用，因此相比于Router合约而言，Pair合约如何防止重入攻击则显得更加重要。

相比内部账户而言，对外部账户进行转账充满了各种风险，主要的原因在于被调用的外部合约代码是不可控的。看到这里，或许你会想到可以通过extcodesize指令将外部账户和内部账户区分开来，检查一下接收方账户的合约字节码是否为0，如果是则说明这是一个内部账户，反之则为外部账户。但事实上，即使extcodesize指令返回值为0也无法确认这并非一个合约账户。原因在于，extcodesize指令获取的是当前调用时相应账户的合约代码大小，而合约在初始化构造时也没有可用的运行时代码，因此此时extcodesize指令返回值同样为0。这就说明，如果extcodesize指令返回值不为0，那么该账户一定是一个外部账户，反之并不说明该账户就是一个内部账户。

总结

本文介绍了智能合约可能面临的重入攻击的原理、防御措施，并以Oneswap项目的Router合约为例说明了重入攻击可能不会造成严重破坏的情况，尽管如此，开发人员需时刻保持警惕，在编码过程中尽量通过使用锁机制或Checks-effects-interactions模式来杜绝重入攻击的一切可能入口，杜绝后患。

原文：《OneSwap Series 8 - The Evil Has a Name: Re-entrancy》
链接：https://oneswap.medium.com/oneswap-series-8-the-evil-has-a-name-re-entrancy-b293429f2d0c

OneSwap系列八之 魔鬼的名字叫重入

总结

OneSwap系列八之魔鬼的名字叫重入