以太坊链审计报告之go-ethereum安全审计

2019-03-03 88545人围观 区块链安全

近期,以太坊go-ethereum公开了两份审计报告,玄猫安全团队第一时间对其进行了翻译工作。此为第一篇《Go Ethereum Security Review》即2017-04-25_Geth-audit_Truesec,此审计报告完成时间为2017年4月25日。如果您正在使用的是较旧版本的 go-ethereum,强烈建议升级至最新版本,以免遭受不必要的损失。

1.1. 概述

TrueSec在2017年4月对以太坊的GO语言实现进行了代码审计。审计结果表明代码质量是比较高的,且开发者具备一定的安全意识。在审计过程中没有发现严重的安全漏洞。最严重的一个漏洞是当客户端的RPC HTTP开启时,web浏览器同源策略的绕过。其他发现的问题并没有直接的攻击向量可供利用,报告的其他部分为通用的评论和建议。

1.2. 目录

1.2.1. P2P和网络

已知问题

内存分配过大

1.2.2. 交易和区块处理

零除风险

代码复杂性

1.2.3. IPC和RPC接口

CORS:在HTTP RPC中默认允许所有域

1.2.4. Javascript引擎和API

伪随机数生成器的弱随机种子

1.2.5. EVM实现

滥用intPool导致廉价的内存消耗

在挖矿区块中脆弱的负值保护

1.2.6. 杂项

在挖矿代码中的条件竞争

许多第三方依赖

1.3. 结果细节

1.3.1. P2P和网络

TrueSecp2p和网络部分的代码进行了审计,主要关注:

安全的通道实现 – 握手和共享secrets的实现

安全的通道属性 – 保密性和完整性

消息的序列化

节点发现

对于DOS的防范:超时和消息大小限制

TrueSec还通过go-fuzz对RLP解码进行fuzz,没有发现节点崩溃的现象。

1.3.1.1. 已知问题

虽然共享secretsencryption handshake中实现得比较好,但是由于在对称加密算法中的two-time-pad缺陷,使得通道缺乏保密性。这个是已知的问题。(详情参考https://github.com/ethereum/devp2p/issues/32https://github.com/ethereum/go-ethereum/issues/1315)。由于现在通道只传输公开的区块链数据,这个问题暂时不必解决。

另外一个一直存在的问题是在安全的通道等级(在以太坊开发者讨论中提到过一个默认的基于时间的重放保护机制)中缺乏重放保护TrueSec建议协议的下一个版本通过控制消息数量来实现重放保护

1.3.1.2. 内存分配过大

rlpx.go, TrueSec发现两个用户可控的,过大的内存分配。TrueSec没有发现可以利用的DOS情景,但是建议恰当地对其进行验证。

当读取协议消息时,16.8MB大小的内存可以被分配:

func (rw *rlpxFrameRW) ReadMsg() (msg Msg, err error) {
    ...
    fsize := readInt24(headbuf)
    // ignore protocol type for now
    // read the frame content
    var rsize = fsize // frame size rounded up to 16 byte boundary
    if padding := fsize % 16; padding > 0 {
    rsize += 16 - padding
    }
    // TRUESEC: user-controlled allocation of 16.8MB:
    framebuf := make([]byte, rsize)
    ...
}

由于以太坊协议中,对消息大小的最大值定义为10MB,TrueSec推荐内存分配也定义为相同大小。

encryption handshake过程中,可以给握手信息分配65KB大小内存。

func readHandshakeMsg(msg plainDecoder, plainSize int,
                      prv *ecdsa.PrivateKey, r io.Reader)
 ([]byte, error)
 {
    ...
    // Could be EIP-8 format, try that.
    prefix := buf[:2]
    size := binary.BigEndian.Uint16(prefix)
    if size < uint16(plainSize) {
        return buf, fmt.Errorf("size underflow, need at least ...")
    }
    // TRUESEC: user-controlled allocation of 65KB:
    buf = append(buf, make([]byte, size-uint16(plainSize)+2)...)
    ...
}

除非握手消息确实包含65KB大小的数据,TrueSec建议对握手消息的大小作限制。

1.3.2. 交易和区块处理

TrueSec对交易和区块下载,区块处理的部分进行了代码审计,主要关注:

由内存分配,gorountine泄露IO操作导致的拒绝服务

同步问题

1.3.2.1. 零除风险

在Go中,除以零会导致一个panic。在downloader.goqosReduceConfidence方法中,是否出现零除取决于调用者正确调用:

func (d *Downloader) qosReduceConfidence() {
    peers := uint64(d.peers.Len())
    ...
    // TRUESEC: no zero-check of peers here
    conf := atomic.LoadUint64(&d.rttConfidence) * (peers - 1) / peers
    ...
}

TrueSec没有发现可以导致节点崩溃的利用方式,但是仅仅依赖调用者来保证d.peers.Len()不为零是不安全的。TrueSec建议所有非常数的被除数应该在进行除法之前进行检查。

1.3.2.2. 代码复杂性

TrueSec发现交易和区块处理的代码部分相对其他部分代码来说更加复杂,更难阅读和审计。这部分的方法相对更大,在fetcher.go,downloader.goblockchain.go中有超过200行的代码。同步的实现有时候会结合互斥锁和通道消息。比如说,结构体Downloader定义需要60行代码,包含3个互斥锁和11个通道。

难以阅读和理解的代码是滋生安全问题的肥沃土壤。特别是eth包中存在一些代码量大的方法,结构体,接口与扩展的互斥锁和通道。TrueSec建议花一些功夫重构和简化代码,来防止未来安全问题的发生。

1.3.3. IPC和RPC接口

TrueSec对IPC和RPC(HTTP和Websocket)接口进行了审计,关注于潜在的访问控制问题,从公共API提权到私有API(admin, debug等)的问题。

1.3.3.1. CORS:在默认的HTTP RPC里允许所有域

HTTP RPC接口可以通过geth--rpc参数开启。这会启动一个web服务器,用于监听8545端口的HTTP请求,且任何人都可以对其进行访问。由于潜在暴露端口的可能性(比如连接到不可信的网络),默认只有公共API允许HTTP RPC接口。

同源策略和默认的跨域资源共享(CORS)配置限制了web浏览器的访问,并且限制通过XSS攻击RPC API的可能性。allowed origins能够通过--rpccorsdomain "domain"来配置,也可以通过逗号分隔来配置多个域名-- rpccorsdomain "domain1,domain2",或者配置为--rpccorsdomain "*",使得所有的域都可以通过标准web浏览器访问。如果没有进行配置,CORS头将不会被设置——并且浏览器不会允许跨域请求:

Cross-Origin Request Blocked: The Same Origin Policy disallows reading the remote resource at
 http://localhost:8545/. (Reason: CORS header 'Access-Control-Allow-Origin missing').

由于缺少CORS头,Firefox禁止跨域请求。

但是,在commit 5e29f4b中(从2017年4月12日开始)——同源策略可以被绕过,RPC可以从web浏览器被访问。

HTTP RPC的CORS配置被改变为处理allowed origins的字符数组——而不是在内部作为一个单引号分隔的字符串传输。

在此之前,逗号分隔的字符串被分成一个数组,在实例化cors中间件之前(请见Listing 1)。with默认值(防用户没有显性配置任何设置时,如使用–rpccorsdomain)空字符串,这会导致一个字符数组包含一个空字符串。

commit 5e29f4b之后,默认值是一个空的数组,这个数组传递给位于newCorsHandler的中间件cors(请见 Listing 2)。

cors中间件随后检查allowed origins数组的长度(请见 Listing 3)。如果长度为0,在这里即代表空数组,cors中间件将会变成默认值并且允许所有域。

这个问题可以通过运行geth -rpc来复现,不需要指定任何allowed origins,并检查commit 5e29f4b前后带有OPTION请求的CORS头。第二个输出的Access-Control-Allow-Origin值得注意。

注意即使是改变之前,这里也是这样。如果不是因为字符串分割导致在cors没有解释输入值(一个数组包含一个空字符串)为空。

这个问题可以通过下面的JavaScript代码来利用,从任意域来执行(甚至可以是本地文件系统,即无效或者null origin)

var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open("POST""http://localhost:8545"true);
xhr.setRequestHeader("Content-Type""application/json");
xhr.onreadystatechange = function() {
    if (xhr.readyState == XMLHttpRequest.DONE && xhr.status == 200) {
    console.log("Modules: " + xhr.responseText);
    }
}
xhr.send('{"jsonrpc":"2.0","method":"rpc_modules","params":[],"id":67}')

TrueSec建议将CORS的默认配置进行显性的限制,(如将allowed origin设置为localhost,或根本不设置CORS头),而不是依赖外界来选择一个正常(安全)的默认设置

165 func newCorsHandler(srv *Server, corsString string) http.Handler {
166     var allowedOrigins []string
167     for _, domain := range strings.Split(corsString, ",") {
168         allowedOrigins = append(allowedOrigins, strings.TrimSpace(domain))
169     }
170     c := cors.New(cors.Options{
171         AllowedOrigins: allowedOrigins,
172         AllowedMethods: []string{"POST""GET"},
173         MaxAge: 600,
174         AllowedHeaders: []string{"*"},
175     })
176     return c.Handler(srv)
177 }

Listing 1: rpc/http.go, before commit 5e29f4be935ff227bbf07a0c6e80e8809f5e0202

164 func newCorsHandler(srv *Server, allowedOrigins []string) http.Handler {
165     c := cors.New(cors.Options{
166         AllowedOrigins: allowedOrigins,
167         AllowedMethods: []string{"POST""GET"},
168         MaxAge: 600,
169         AllowedHeaders: []string{"*"},
170     })
171     return c.Handler(srv)
172 }

Listing 2: rpc/http.go, after commit 5e29f4be935ff227bbf07a0c6e80e8809f5e0202

113     // Allowed Origins
114     if len(options.AllowedOrigins) == 0 {
115     // Default is all origins
116     c.allowedOriginsAll = true
117     }

Listing 3: vendor/github.com/rs/cors/cors.go

$ curl -i -X OPTIONS
    -H "Access-Control-Request-Method: POST"
    -H "Access-Control-Request-Headers: content-type"
    -H "Origin: foobar" http://localhost:8545

HTTP/1.1 200 OK
Vary: Origin
Vary: Access-Control-Request-Method
Vary: Access-Control-Request-Headers
Date: Tue, 25 Apr 2017 08:49:10 GMT
Content-Length: 0
Content-Type: text/plain; charset=utf-8

Listing 4: CORS headers before commit 5e29f4b

$ curl -i -X OPTIONS
    -H "Access-Control-Request-Method: POST"
    -H "Access-Control-Request-Headers: content-type"
    -H "Origin: foobar" http://localhost:8545

HTTP/1.1 200 OK
Access-Control-Allow-Headers: Content-Type
Access-Control-Allow-Methods: POST
Access-Control-Allow-Origin: foobar
Access-Control-Max-Age: 600
Vary: Origin
Vary: Access-Control-Request-Method
Vary: Access-Control-Request-Headers
Date: Tue, 25 Apr 2017 08:47:24 GMT
Content-Length: 0
Content-Type: text/plain; charset=utf-8

Listing 5: CORS headers after commit 5e29f4b

1.3.4. JavaScript引擎和API

JavaScript引擎otto是Go Ethereum中的CLI脚本接口,一个IPC/RPC接口的终端交互解释器,也是私有debug API的一部分。考虑到其代码有限,在审计中优先级比较低。

1.3.4.1. 伪随机数生成的弱随机数种子

jsre中对伪随机数生成器进行初始化的时候,如果crypto/rand(crypto/rand返回密码学安全地伪随机数)方法失败,随机数种子将会依赖于当时的UNIX时间。在listing 6中,这个弱随机数种子将会被用于初始化math/rand的实例。

这个PRNG没有被用于任何敏感信息,而且显然也不应该被用作于密码学安全的RNG,但是由于用户可以通过命令行运行脚本来使用PRNG,使其失败而不是制造出弱随机数种子显然是更安全的。从crypto/rand中得到错误意味着其他地方可能也存在问题。即使是得到了安全的随机数种子,在文档中也应该指出PRNG并不是密码学安全的。

84 // randomSource returns a pseudo random value generator.
85 func randomSource() *rand.Rand {
86     bytes := make([]byte8)
87     seed := time.Now().UnixNano() // 不是完全随机
88     if _, err := crand.Read(bytes); err == nil {
89         seed = int64(binary.LittleEndian.Uint64(bytes))
90     }
91
92     src := rand.NewSource(seed)
93     return rand.New(src)
94 }

Listing 6: internal/jsre/jsre.go

1.3.5. 以太坊虚拟机(EVM)的实现

TrueSec对以太坊虚拟机(EVM)部分的代码进行了审计,主要关注由滥用内存分配和IO操作而引起的拒绝服务。EVM解释器(runtime/fuzz.go)存在一个go-fuzz的入口点,这个入口点成功地被使用。TrueSec确认了其功能性,但是在fuzzing过程中没有发现有影响的漏洞。

1.3.5.1. 滥用intPool导致的廉价的内存消耗

由于性能的原因,在EVM的执行过程中,使用大整数会进入整数池intPool(intpool.go)。由于没有对整数池大小进行限制,使用特定的opcode组合,将导致意外出现廉价使用内存的情况。

0 JUMPDEST      // 1 gas
1 COINBASE      // 2 gas
2 ORIGIN        // 2 gas
3 EQ            // 3 gas, puts 20 + 20 bytes on the intpool
4 JUMP          // 8 gas, puts 4-8 bytes on the intpool

比如说,合约代码将会消耗3.33e9单位的gas(在当时大约价值3300USD),分配10G内存给intPool。以太坊虚拟机中分配10GB内存的预期gas成本是1.95e14(大约195,000,000USD)

intPool产生out of memory panic时,会导致拒绝服务攻击。但是共识算法对gaslimit进行了限制,能够阻止该拒绝服务攻击的发生。但是考虑到攻击者可能发现一种更有效的填充intPool的方式,或者gaslimit target增长过于迅速等,TrueSec仍然推荐对intPool的大小进行限制。

1.3.5.2. 在挖矿区块中脆弱的负值保护

账户之间以太坊的转账是通过core/evm.go里的Transfer方法进行的。

func Transfer(db vm.StateDB, sender, recipient common.Address, amount *big.Int) {
    db.SubBalance(sender, amount)
    db.AddBalance(recipient, amount)
}

输入amount是一个指向有符号类型的指针,可能存在负的引用值。一个负的amount将会把以太坊从收款方转移到转账方,使得转账方可以从收款方那里盗窃以太坊。

当接收到一个没有被打包的交易时,将会验证交易的值是否为正。如tx_pool.go, validateTx():

if tx.Value().Sign() < 0 {
    return ErrNegativeValue
}

但是在区块处理过程中却不存在这样显性的验证;存在负值的交易只是隐性地被p2p序列化格式(RLP)阻止,而RLP不能解码负值。假设一个邪恶的矿工为了非法获取以太坊,发布了具有负值交易的区块,这时依赖于特定的序列化格式来提供保护,似乎有些脆弱。TrueSec推荐在区块处理过程中也显性地检查交易的值。或者使用无符号类型来强制指定交易的值为正。

1.3.6. 杂项

1.3.6.1. 在挖矿代码中的条件竞争

TrueSec使用”-race”来构建标志位,并通过Go语言内置的条件竞争探测特性来寻找条件竞争。在ethash/ethash.go中发现了一个与在挖矿时使用的ethash datasets时间戳相关的条件竞争。

func (ethash *Ethash) dataset(block uint64) []uint32 {
    epoch := block / epochLength

    // If we have a PoW for that epoch, use that
    ethash.lock.Lock()
    ...
    current.used = time.Now() // TRUESEC: race
    ethash.lock.Unlock()
    // Wait for generation finish, bump the timestamp and finalize the cache
    current.generate(ethash.dagdir, ethash.dagsondisk, ethash.tester)

    current.lock.Lock()
    current.used = time.Now()
    current.lock.Unlock()
...
}

为了去除条件竞争,通过使用current.lock互斥锁可以保护第一个current.used的设置。
TrueSec没有研究条件竞争是否会对节点的挖矿造成影响。

1.3.6.2. 过多第三方依赖

Go Ethereum依赖于71个第三方包(通过govendor list +vend列举)

由于每个依赖都可能引入新的攻击向量,并且需要时间和精力来监控安全漏洞,TrueSec总是建议将第三方包的数量控制到最小。

71个依赖对任何一个项目来说都是比较多的。TrueSec推荐以太坊开发者调研是否所有的依赖都是真正需要的,或者说其中一些是否可以用代码来替代。

1.4. 附录

1.4.1. 声明

我们努力提供准确的翻译,可能有些部分不太准确,部分内容不太重要并没有进行翻译,如有需要请参见原文。

1.4.2. 原文地址

https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/master/docs/audits/2017-04-25_Geth-audit_Truesec.pdf

1.4.3. 参考链接

参考项目 URL地址
go ethereum https://ethereum.github.io/go-ethereum/
go fuzz https://github.com/dvyukov/go-fuzz/
commit 5e29f4 https://github.com/ethereum/go-ethereum/commit/5e29f4be935ff227bbf07a0c6e80e8809f5e0202
cors中间件 https://github.com/rs/cors
otto https://github.com/robertkrimen/otto

*参考来源:github,Javierlev@玄猫安全团队编译整理,转载请注明来自 FreeBuf.COM。

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