EOS偽隨機數漏洞：道高一尺魔高一丈的隨機數攻擊
針對區塊鏈安全問題，Beosin（成都鏈安科技）團隊每一週都將出智慧合約安全漏洞解析連載，希望能幫助程式員寫出更加安全牢固的合約，防患於未然。
引子：“道高一尺，魔高一丈，愈進愈阻，永無止息。”——清·譚嗣同《仁學》四三
前情提要
上回說到，官方標準用心良苦，編寫合規不容小覷
我們用十五期內容結束了對以太坊智慧合約常規漏洞、高危漏洞的分析和總結。縱觀整個以太坊安全生態發展歷史，有太多的教訓和痛楚值得我們銘記。有相關統計，區塊鏈產業導致財產損失的安全事件中有30%是由智慧合約漏洞引起的。所以按照以太坊開發語言的使用規範，正確書寫每一行合約程式碼，是保障合約安全的基本要求。倡導上鍊前的合約審計，確保專案安全啟航，是我們對開發者和專案方真誠建議。
本期話題
EOS遊戲屢遭毒手，隨機數漏洞屢禁不絕
除了以太坊，EOS也是目前比較流行的區塊鏈平臺。EOS同樣是基於智慧合約和區塊鏈搭建而成，而在遊戲和DApp領域，由於沒有交易費和處理能力強等特性，EOS在技術和設計理念上佔有先天的優勢。但是，無獨有偶，EOS智慧合約的安全問題也層出不窮。本期我們就借用最近發生的EOS遊戲被攻擊事件展開對EOS智慧合約漏洞的分析。
攻擊事件歷史
EOSDice 第一次被攻擊2018年11月4日 上午3:15開始 EOSDice合約被賬戶jk2uslllkjfd攻擊，攻擊者盜取了2500左右EOS並充值入火幣。
EOSDice第二次被攻擊
11月10日上午11:19開始，coinbasewa11賬戶再次攻擊了EOSDice遊戲，盜取4900 EOS轉入bitfinex交易所，這個賬戶對遊戲合約進行了95次攻擊，攻擊過程可以檢索到。
隨機數生成問題
我們在第六期遊戲合約漏洞提到過，截止至目前，以太坊和EOS官方均未提供隨機數介面，這對遊戲開發確實是一個不利的影響，比如抽獎模組的開發。為了實現類似的功能，遊戲開發者需要自己編寫隨機數生成函式，這些函式往往利用區塊資訊作為引數，然後進行一系列運算，獲得一個“隨機數”。但是，由於使用區塊資訊作為引數，這將導致在同一個區塊上，使用相同演算法的隨機數函式將會得到相同的值，攻擊者可以利用這點，部署中間合約，然後不停的嘗試生成隨機數，當生成滿意的隨機數時，再利用中間合約參與遊戲，影響遊戲的公平性。我們把這類隨機數問題統稱為“偽隨機數漏洞”。
EOSDice偽隨機數漏洞分析
由於EOSDice在第一次被攻擊後提高了警惕，並且修改了隨機數生成的演算法，所以我們分兩次進行分析。
第一次攻擊分析：
由於EOSDice合約開源，我們主要看一下該合約的random函式，該合約抄襲了另一個EOS合約的random函式實現。
該隨機函式中使用的隨機因子主要為：
- tapos_block_prefix() 該交易refer區塊資訊
- tapos_block_num() 該交易refer區塊資訊
- name (user賬戶名)
- game_id （自增）
- current_time()（當前時間）
- pool_ol_eos.amount （合約當前的餘額）
其隨機性主要依賴於refer區塊 (refer block) 資訊及當前時間、合約餘額資訊。
在該遊戲中，開獎時間是可以根據delay時間推算得到，餘額資訊在只有一個使用者訪問時也可以根據計算得到；
那麼唯一不確定的因子只剩下refer block的資訊了。
在實際遊戲執行邏輯中開獎的reveal action是由下注的action衍生出來的deferred action，該action的refer block資訊並不是由使用者指定的，而是由eos鏈來指定的，程式碼詳見：
https://github.com/EOSIO/eos/blob/master/libraries/chain/apply_context.cpp#L251
經過實際測試，deferred action的refer block資訊為執行當前action的前一個區塊資訊，示意如下圖：
所以，其實開獎時的使用的tapos_block_prefix()其實在下注前就已經產生，那麼再結合對時間和餘額的預測，就可以提前預測開獎結果；根據交易情況分析，eosdice第一次被攻擊很可能就是使用的此種攻擊方式。
第二次攻擊分析：
這裡要先介紹一個EOS的小知識：
當EOS轉賬時，EOSIO.Token會同時通知到from和to賬戶，但是是先執行對from賬戶的通知，如下圖所示：
EOS在第一次攻擊事件發生後，修改了隨機數生成演算法，我們來看一下修改後的隨機數是否真的隨機。隨機數計算公式如圖所示：
利用上面提到的轉賬通知知識，遊戲合約收到向自己的轉賬通知時開始執行下注邏輯，觸發deferred action：reveal1，reveal1觸發deferred action：reveal進行開獎發獎；那麼在開獎（reveal）時取的refer block資訊是下注轉賬action所在的區塊資訊，不可以預測；
但是在EOSDice對隨機函式random進行了修改後，這個函式還使用到了賬戶餘額這個隨機因子。攻擊者可以在轉賬後自己也接收EOS轉賬通知，並且自己模擬出跟EOSDice相同的defered action：defered2，然後defered2觸發defered action：defered；
經此一番操作，此時攻擊者的defered 和遊戲合約的reveal是處在同一個區塊（block）中執行。那麼就可以在defered中通過修改隨機因子中的餘額amount計算random(amount+x)的值，使其滿足自己的下注條件。需要注意的是，計算這個值需要進行碰撞試驗才能猜準。
攻擊者隨後向隨機因子賬戶中轉入amount為x的eos；那麼當執行到reveal開獎的時候，就可以使自己必定中獎。整個攻擊流程可以總結為下面這個圖：
加上之前經過對攻擊交易分析，可以確定此次攻擊者利用的攻擊方式是控制隨機因子中的餘額；
漏洞修復
使用與tapos_block_num類似的引數都可能會引發偽隨機數漏洞，包括EOS餘額和head_block_id，這些引數的特點就是具有一定可控性。
如果非要使用tapos_block_preifx作為隨機數因子，可以在開獎reveal執行之前多執行一次defered action跳轉，保證開獎時獲取到的block資訊在下注之後生成，這樣tapos_block_prefix才是不可預測的。
偽隨機，真漏洞
EOS與以太坊採用了不同的技術和設計理念，比如：
- 以太坊被設計為對於所有可能建立在其基礎上的應用中立的平臺，而EOS則提供了一些功能例如加密的實現和區塊鏈工具的應用，對應用開發者比較友好。
- 兩者的共識機制不同，相較於以太坊採用的PoW，EOS的DPoS機制類似於董事會機制。
- 以太坊受到CPU單執行緒效能限制，其網路交易速度大約只有10次/秒，而且每次交易還需要提供手續費。EOS的並行技術解決了交易速度的問題，並且移除了手續費。
EOS的特性，尤其是第三點特性決定了在其基礎上的遊戲能夠滿足延遲低，互動流暢的需求，同時能夠處理商業級的應用需求。這也是EOS在遊戲方面應用較多的原因。但是與以太坊一樣，EOS官方並沒有提供相應的隨機數生成功能。以太坊官方已經推薦使用者使用鏈外的Oraclize庫生成隨機數。
EOS的隨機數問題依然是一個令開發者頭疼的問題，11月還未結束，EOS DApp已經出現了三次針對隨機數的漏洞攻擊事件，說明在隨機數問題的解決上，亟需一個可靠的解決方案。希望廣大DApp開發者在目前沒有可靠方案的時候，依靠現有的經驗和安全審計，做到將合約內的“偽”隨機修復為“真”隨機，讓EOS DApp有趣、公平、可靠。
引用：
[1]:EOS與以太坊有哪些區別：
ofollow,noindex" target="_blank">https://blog.csdn.net/qq_42204339/article/details/80463686
[2]:玩EOS上擲骰子的遊戲：
https://www.jianshu.com/p/b72c71cd3614
[3] : 遊戲skr而止，漏洞周而復始 | 成都鏈安漏洞分析連載第六期 —— 遊戲合約漏洞全面彙總: