HAI:[阿喀琉斯之踵] Poly Network攻擊關鍵步驟深度解析_AIN

0x0.前言

北京時間2021年8月10日，跨鏈橋項目PolyNetwork遭遇攻擊，損失超過6億美金。雖然攻擊者在后續償還被盜數字貨幣，但是這仍然是區塊鏈歷史上涉及金額最大的一次攻擊事件。由于整個攻擊過程涉及到不同的區塊鏈平臺，并且存在合約以及Relayer之間的復雜交互，對于攻擊的完整過程和漏洞的根本原因，現有分析報告并未能梳理清楚。

整個攻擊分為兩個主要階段，包括修改keeper簽名和最終提幣。對于第二階段，由于keeper簽名已經被修改，因此攻擊者可以直接構建惡意提幣交易，具體可以參見我們之前的報告。然而對于修改keeper簽名的交易是如何最終在目標鏈執行的，目前并沒有詳細的文章闡明。而這一步是攻擊的最核心步驟。

本報告從修改keeper簽名交易入手(Ontology鏈上交易0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，分析了背后的原理和漏洞的本質。我們發現以下幾個原因是Keeper能被修改的原因：

源鏈上(Ontology)的relayer沒有對上鏈的交易做語義校驗，因此包含修改keeper惡意交易可以被打包到polychain上目標鏈上(以太坊)上的relayer雖然對交易做了校驗，但是攻擊者可以直接調用以太坊上的EthCrossChainManager合約最終調用EthCrossChainData合約完成簽名修改攻擊者精心夠著了能導致hash沖突的函數簽名，從而調用putCurEpochConPubKeyBytes完成對簽名的修改0x1.涉及交易和合約

BTC突破60000美元關口 日內漲幅為0.53%:火幣全球站數據顯示，BTC短線上漲，突破60000美元關口，現報60007.17美元，日內漲幅達到0.53%，行情波動較大，請做好風險控制。[2021/3/15 18:44:22]

整個過程中的交互流程如下：

Ontology交易->OntologyRelayer->PolyChain->EthereumRelayer->Ethereum以太坊

0x838bf9e95cb12dd76a54c9f9d2e3082eaf928270:EthCrossChainManager0xcf2afe102057ba5c16f899271045a0a37fcb10f2:EthCrossChainData0x250e76987d838a75310c34bf422ea9f1ac4cc906:LockProxy0xb1f70464bd95b774c6ce60fc706eb5f9e35cb5f06e6cfe7c17dcda46ffd59581:修改keeper的交易Ontology

0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c:修改keeper的交易Poly

0x1a72a0cf65e4c08bb8aab2c20da0085d7aee3dc69369651e2e08eb798497cc80:修改keeper的交易0x2.攻擊流程

BTC突破28700美元關口 日內漲幅為1.96%:火幣全球站數據顯示，BTC短線上漲，突破28700美元關口，現報28705.28美元，日內漲幅達到1.96%，行情波動較大，請做好風險控制。[2020/12/31 16:07:25]

整個攻擊大致可以分為三個步驟。第一個步驟是在Ontology鏈生成一條惡意交易(0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，第二個步驟是修改以太坊EthCrossChainData合約中的keeper簽名，第三個步驟構造惡意交易發起最終攻擊和提幣。

0x2.1步驟一

攻擊者首先在Ontology發起了一筆跨鏈交易，里面包含了一個攻擊payload:

可以看出交易包含了精心設計的函數名，目的在于通過造成哈希沖突的方式調用putCurEpochConPubKeyBytes函數。關于哈希函數沖突的細節在網絡上已有很多討論，可以參考.

隨后，該筆交易被OntologyRelayer接收，注意這里并沒有很嚴格的校驗。該交易會通過Relayer在PolyChain成功上鏈。EthereumRelayer會感知到新區塊的生成。

然而，這筆交易被EthereumRelayer拒絕了。原因在于EthereumRelayer對目標合約地址有校驗，只允許LockProxy合約作為目標地址，而攻擊者傳入的是EthCrossChainData地址。

BCH突破300美元關口 日內漲幅為2.95%:火幣全球站數據顯示，BCH短線上漲，突破300美元關口，現報300.19美元，日內漲幅達到2.95%，行情波動較大，請做好風險控制。[2020/11/22 21:37:55]

因此，攻擊者攻擊之路在此中斷。但如前所述，包含惡意payload的攻擊交易已經在PolyChain成功上鏈，可被進一步利用。

0x2.2步驟二

攻擊者手動發起交易，調用EthCrossChainManager合約中的verifyHeaderAndExecuteTx函數，將之前一步保存在PloyChain區塊中的攻擊交易數據作為輸入。由于該區塊是polychain上的合法區塊，因此可以通過verifyHeaderAndExecuteTx中對于簽名和merkleproof的校驗。然后執行EthCrossChainData合約中的putCurEpochConPubKeyBytes函數，將原本的4個keeper修改為自己指定的地址。

0x2.3步驟三

在keeper被修改之后，攻擊者直接調用目標鏈上的verifyHeaderAndExecuteTx函數,最終調用至Unlock函數，大量地轉移資金，給項目方帶來了嚴重的損失。具體的攻擊細節可參考我們之前的報告。

0x3.Relayer代碼分析

在本攻擊過程中，Ontology方和以太坊方均有Relayer負責將來自Ontology的交易在polyChain上鏈，以及將polychain上的交易放到以太坊。這兩個Relayer是由Go語言實現的服務進程。

行情丨BTC在1小時內漲幅超過1.00%:據火幣全球站數據顯示，BTC/USDT在1小時內出現劇烈波動，漲超1.00%，達到1.08%。當前報價為 7108.54 美元，行情波動較大，請注意風險控制。[2019/11/27]

然而我們發現，這兩個Relayer都缺乏有效的校驗。這導致

攻擊者可以在Ontology構造一條惡意的跨鏈交易，并且成功打包到polychain上。雖然在以太坊的Relayer具有校驗功能，但是攻擊者可以直接同以太坊上的鏈上合約進行交互，直接執行惡意的函數。0x3.1OntologyRelayer完全信任來自Ontology上的跨鏈交易

PolyNetwork的?ont_relayer(https://github.com/polynetwork/ont-relayer)?負責監聽Ontology鏈上的跨鏈交易并將其打包入傳入PolyChain.

注：

在OntologyRelayer中，Side指OntologyChain;Alliance指PolyChain.CrossChainContractAddress是Ontology鏈上原生編號為09的智能合約.

上圖中，OntologyRelayer啟動時開啟三個Goroutines分別負責監聽OntologyChain和PolyChain的跨鏈交易，以及對PolyChain上的跨鏈交易做狀態檢查。在本報告中，我們只關注69行的監聽Side的代碼邏輯。

動態 | 近7天比特幣搜索指數整體環比下降31%:據百度指數數據顯示，近7天比特幣搜索指數整體日均值為20399，整體同比上升59%，整體環比下降31%%，移動同比上漲68%；近7天區塊鏈搜索指數整體日均值為2511，整體同比下降43%，移動同比下降38%。[2019/10/6]

在上圖中，OntologyRelayer調用Ontology鏈提供的RPC接口（第215行，調用SDK函數GetSmartContractEventByBlock)獲取區塊中觸發的智能合約事件;然后在第228和232行表明OntologyRelayer只監聽OntologyChain上由CrossChainContractAddress觸發的makeFromOntProof事件;

上圖中，在處理OntologyChain上的跨鏈交易時，OntologyRelayer總共做了五次校驗，分別是兩次向OntologyChain發送的RPC請求校驗(check1和check4),以及三次參數是否為空的校驗(check2,check3,和check5)。這五次校驗都屬于常規校驗，并未對來自OntologyChain上的跨鏈交易做語義上的校驗;第167和171行取出了在目標鏈上執行所需要的交易參數信息;第183行向PolyChain發送交易;

OntologyRelayer在構造了PolyChain上的交易后便向PolyChain發起RPC請求發送交易（第164行，函數調用SendTransaction);

這個名為ProcessToAliianceCheckAndRetry的Goroutine也僅僅是做了重發失敗交易的工作，仍然未對來自OntologyChain上的跨鏈交易做任何語義上的校驗。

至此，我們可以看出ont-relayer監聽所有來自OntologyChain由CrossChainContractAddress觸發的makeFromOntProof事件，并未對其做任何語義上的校驗，便向PolyChain轉發了交易。而任何人向Ontology發送的任何跨鏈交易都會觸發CrossChainContractAddress的makeFromOntProof事件，所以OntologyRelayer會將所有來自Ontology上的跨鏈交易都轉發到Polychain上。

0x3.2EthereumRelayer中的無效校驗

EthereumRelayer?負責監聽PolyChain并將目標鏈為Ethereum的跨鏈交易轉發到Ethereum上。

EthereumRelayer啟動一個Goroutine來監控PolyChain;

EthereumRelayer監聽所有PolyChain上目標鏈為Ethereum的跨鏈交易;EthereumRelayer會校驗跨鏈交易的目標合約是否為config.TargetContracts中指定的合約之一，如果不是則不會發送這筆跨鏈交易到Ethereum上。

雖然EthereumRelayer對PolyChain上的跨鏈交易做了部分校驗，比如限制了目標合約，但是與PolyChain不同，任何人都可以向Ethereum上的EthCrossChainManager合約發送交易。換句話說，EthereumRelayer在這里做的校驗沒有實際的意義，只要包含惡意payload的跨鏈交易被成功打包進了PolyChain,那么任何人都可以直接使用已經打包好的區塊數據將payload發送到以太坊EthCrossChainManager合約并執行。

攻擊者正是利用了上述兩個缺陷，完成了0x2攻擊流程中的步驟一和步驟二（0x2.1和0x2.2)

0x4.寫在最后

通過對整個攻擊流程的完整梳理和詳盡分析，我們認為Relayer的不完整校驗是攻擊得以發生的根本原因。其它方面則更多地屬于比較精彩的攻擊技巧。總而言之，跨鏈的校驗和鑒權是跨鏈系統安全的關鍵所在，值得社區付出更多的努力。

參考文獻

?https://blocksecteam.medium.com/the-initial-analysis-of-the-polynetwork-hack-270ac6072e2a

?https://twitter.com/kelvinfichter/status/1425290462076747777

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