Ethernaut 1-5 关卡详细解析与教学文档

第一关：Fallback 合约攻击

合约分析

目标：获得 Fallback 合约的所有权，并将其余额减少到 0。

合约中有两个关键函数涉及 owner 分配：

1. contribute() - 需要贡献 1000 ether 才能成为 owner（不现实）
2. receive() 或 fallback() - 只要 msg.value > 0 且已有贡献即可成为 owner

攻击原理

1. 首先调用 contribute() 贡献少量 ETH（大于 0）
2. 然后发送一笔交易：
   • 设置 value > 0
   • calldata 为空（触发 receive 或 fallback 函数）
3. 成为 owner 后调用 withdraw() 清空合约余额

关键技术点

• receive 函数：receive() external payable，无参数，无返回值，必须 external 和 payable
• fallback 函数：fallback() external payable，当没有匹配函数且无 receive 时触发
• 在 calldata 为空时，receive 和 fallback 功能等价

修复建议

1. 移除 receive() 逻辑或在其中添加 onlyOwner 限制
2. 严格限制 owner 更换条件
3. 在 receive() 函数中加入额外验证

第二关：Fallout 合约攻击

合约分析

• 合约名：Fallout
• 构造函数名错误：Fal1out（拼写错误）
• 在 Solidity 0.4.22 之前，构造函数必须与合约同名

攻击原理

1. 由于构造函数名错误，合约部署时未初始化
2. Fal1out() 被视为普通函数，可被多次调用
3. 调用该函数即可成为 owner

修复建议

1. 使用 constructor 关键字代替旧式构造函数
2. 仔细检查代码拼写

第三关：Coin Flip 预测攻击

合约分析

目标：连续猜对 10 次硬币正反面。

随机数生成逻辑：

uint256 blockValue = uint256(blockhash(block.number.sub(1)));
_guess = blockValue.div(FACTOR); // FACTOR = 57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819968

攻击原理

1. 区块链上所有数据公开，包括前一个区块的哈希
2. 攻击合约可以计算与目标合约相同的随机数
3. 攻击合约预先计算并提交正确结果

攻击代码示例

function attack() public {
    uint256 blockValue = uint256(blockhash(block.number - 1));
    uint256 coinFlip = blockValue / FACTOR;
    bool side = coinFlip == 1;
    target.flip(side);
}

修复建议

1. 使用更复杂的随机数生成：

   uint256 randomValue = uint256(keccak256(abi.encodePacked(block.timestamp, msg.sender, block.difficulty)));
   

2. 使用 Chainlink VRF 提供真正随机数

第四关：Telephone 合约攻击

合约分析

关键验证：

require(tx.origin != msg.sender);

概念区分

• tx.origin：原始交易发送者（完整调用链的起点）
• msg.sender：当前调用的直接发送者

攻击原理

1. 用户通过攻击合约调用目标合约
2. tx.origin 是用户地址
3. msg.sender 是攻击合约地址
4. 满足 tx.origin != msg.sender 条件

攻击合约示例

function attack() public {
    telephone.changeOwner(msg.sender);
}

修复建议

1. 避免使用 tx.origin，改用 msg.sender
2. 使用 OpenZeppelin 的 Ownable 修饰符

第五关：Token 合约攻击

合约分析

漏洞代码：

require(balances[msg.sender] - _value >= 0);

攻击原理

1. Solidity 无符号整数下溢问题
2. 当 balances[msg.sender] < _value 时：
   • balances[msg.sender] - _value 会下溢变成极大值
   • 仍然满足 >= 0 条件
3. 攻击者可转移超过自己余额的代币

攻击方法

1. 初始余额为 20
2. 转移 21 代币（导致下溢）
3. 攻击者余额变为极大值

修复建议

1. 修改 require 语句：

   require(balances[msg.sender] >= _value, "Insufficient balance");
   

2. 使用 Solidity 0.8.0+（内置溢出检查）
3. 导入 OpenZeppelin 的 SafeMath 库

总结

这些关卡涵盖了智能合约开发中常见的安全问题，开发者应深入理解这些漏洞原理并在实际开发中避免类似错误。