Ethernaut 关卡11-15详细解析与教学文档

第11关：Elevator - 多次外部调用引发逻辑不一致

漏洞分析

该关卡展示了一个典型的"多次外部调用引发逻辑不一致"问题。合约通过接口多次调用外部合约的方法，但两次调用之间返回值可能不同，导致逻辑错误。

关键点：

• 合约实现了一个接口，定义了isLastFloor函数签名但未实现
• 攻击者可控制外部合约，在两次调用间返回不同值
• 主合约未缓存第一次调用结果，直接进行第二次调用

攻击流程

1. 攻击者部署恶意合约，实现isLastFloor接口
2. 第一次调用返回false，第二次返回true
3. 绕过building函数的楼层检查

修复建议

第12关：Privacy - 存储布局与类型转换

存储布局分析

Solidity存储使用2²⁵⁶个32字节的槽位。关键概念：

静态变量存储：

• 小于32字节的变量会被打包到同一槽位
• 例如：bool和uint8可共享一个槽位

动态变量存储：

• 使用标记槽的keccak256哈希作为指针
• 动态数组的标记槽存储数组长度

漏洞利用

• 目标：获取私有变量data[2]的值
• 通过存储槽计算定位数据：
  • data数组从槽4开始(前3个槽被其他变量占用)
  • data[2]位于槽6
• 类型转换漏洞：bytes32转bytes16会截断高位数据

修复建议

1. 不要将敏感信息保存在链上(即使是private)
2. 使用加密哈希验证而非明文存储

第13关：Gatekeeper One - 多条件绕过

三个关卡分析

Gate One:

• 要求：msg.sender != tx.origin
• 绕过方法：通过中间合约调用

Gate Two:

• 要求：gasleft() % 8191 == 0
• 解决方法：
  • 使用循环尝试0-300偏移量
  • 基准点设为8191 * 3再微调

Gate Three:

• 涉及类型转换：uint32→uint16→uint64
• 绕过方法：
  • 使用tx.origin推导合适值
  • 确保转换后满足0x11111111 == 0x1111

攻击脚本关键点

for (uint256 i = 0; i < 300; i++) {
    try attacker.attack{gas: 8191 * 3 + i}(...) {
        break;
    } catch {}
}

修复建议

第14关：Gatekeeper Two - 汇编与构造器利用

三个关卡分析

Gate One:

• 同13关：msg.sender != tx.origin

Gate Two:

• 使用内联汇编检查extcodesize
• 绕过方法：在构造器中调用(此时代码未完全部署)

Gate Three:

• 要求：keccak64(sender) ^ gateKey == type(uint64).max
• 数学推导：gateKey = keccak64(sender) ^ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

攻击合约示例

contract Attacker {
    constructor(GatekeeperTwo target) {
        // Gate Two绕过：构造器中extcodesize为0
        bytes8 gateKey = bytes8(keccak64(msg.sender)) ^ type(uint64).max;
        target.enter(bytes8(gateKey));
    }
    
    function keccak64(address addr) internal pure returns (uint64) {
        return uint64(bytes8(keccak256(abi.encodePacked(addr))));
    }
}

修复建议

第15关：Naught Coin - ERC20转账限制绕过

漏洞分析

• 合约继承自OpenZeppelin ERC20实现
• 重写了transfer函数添加限制
• 但未重写transferFrom函数，留下绕过途径

攻击步骤

1. 攻击者先调用approve授权自己(或攻击合约)可支配代币
2. 然后使用transferFrom转移代币
3. 绕过transfer的时间锁限制

修复建议

• 同样对transferFrom函数添加限制修饰符
• 关键修复代码：

function transferFrom(address sender, address recipient, uint256 amount) 
    public override lockTokens returns (bool) {
    return super.transferFrom(sender, recipient, amount);
}

总结

这五个关卡涵盖了智能合约开发中的多个重要安全概念：

1. 外部调用的一致性问题
2. 存储布局与类型安全
3. 多条件验证的绕过技巧
4. 汇编代码与构造器的特殊行为
5. ERC20标准实现的安全考虑

开发者应特别注意：

• 外部调用的不可预测性
• 私有数据的实际可见性
• 类型转换的数据丢失风险
• 合约在构造期间的独特状态
• 标准接口的完整实现要求