基于字节码的以太坊智能合约分类方法

近年来,区块链技术已在金融、医疗和政务等领域得到了广泛应用和关注。然而,由于智能合约的不易篡改性和运行环境的特殊性,各类安全问题频繁出现。一方面是合约开发者在编写合约时出现的代码安全问题,另一方面是以太坊出现不少高风险智能合约,普通用户很容易被高风险合约提供的高回报所吸引,但对合约的风险却无从知晓。然而,关于智能合约安全的研究主要集中于代码安全方面,对合约功能识别的研究相对较少。假如能对智能合约功能进行准确分类,将有助于人们更好地理解智能合约的行为,同时保障智能合约生态安全,减少或挽回用户的损失。已有的智能合约分类方法通常依赖于对智能合约开源代码的分析,但以太坊发布的合约仅强制要求部署字节码,且只有极少数合约公布了其开源代码。因此,提出了一种基于字节码的以太坊智能合约分类方法。收集以太坊智能合约字节码和对应类别标签,然后提取操作码频率特征以及控制流图特征;通过实验对特征重要性进行分析,获取适合的图向量维度及最优的分类模型;在交易所、金融、赌博、游戏和高风险5个类别的智能合约多分类任务中进行实验验证,使用XGBoost分类器时的F1值达到0.9138。实验结果表明所提方法能较好地完成以太坊智能合约的分类任务,并且能够应用于现实中的智能合约类别预测。     

智能合约安全综述

区块链为构建社会价值传递和信任机制提供了一种新的技术。区块链的快速发展促进了智能合约与人工智能、大数据、物联网等技术的深入融合,其安全性受到重点关注。近几年,区块链与智能合约安全研究取得了较大进展,基于区块链智能合约,对智能合约的运行机制、链上安全和链外安全的最新相关研究成果进行归类、分析、比较、总结和讨论,并展望了智能合约安全性的研究方向和趋势。     

ContractGuard：面向以太坊区块链智能合约的入侵检测系统

以太坊智能合约本质上是一种在网络上由相互间没有信任关系的节点共同执行的已被双方认证程序。目前,大量的智能合约被用于管理数字资产,使智能合约成为黑客的重要攻击对象。常见的攻击方法是通过利用智能合约的漏洞来实现特定操作的入侵攻击。ContractGuard 是首次提出面向以太坊区块链智能合约的入侵检测系统,它能检测智能合约的潜在攻击行为。ContractGuard 的入侵检测主要依赖检测潜在攻击可能引发的异常控制流来实现。由于智能合约运行在去中心化的环境以及在高度受限的环境中运行,现有的IDS技术或者工具等以外部拦截形式的部署架构不适合于以太坊智能合约。为了解决这些问题,通过设计一个嵌入式的架构,实现了把 ContractGuard 直接嵌入智能合约的执行代码中,作为智能合约的一部分。在运行时刻,ContractGuard通过相应的context-tagged无环路径来实现入侵检测,从而保护智能合约。由于嵌入了额外的代码,ContractGuard一定程度上会增加智能合约的部署开销与运行开销,为了降低这两方面的开销,基于以太坊智能合约的特性对 ContractGuard 进行优化。实验结果显示,可有效地检测 83%的异常行为,其部署开销仅增加了36.14%,运行开销仅增加了28.17%。     

基于智能合约的以太坊可信存证机制

针对以太坊平台提供的数据管理功能简单且存在低吞吐率和高延迟的问题，提出一种基于智能合约的以太坊可信存证机制。首先针对以太坊平台暴露的数据管理问题提出一个基于智能合约的以太坊可信存证框架，然后通过集中化数据统一处理、认证数据分布式存储以及高效动态取证这几个方面阐述所提机制的框架和实现，最后通过基于智能合约的系统开发表明了该机制的可实现性。实验及分析结果表明，该方法与传统关系数据库存证相比，增加了处理可信性、存储可信性和访问可信性；与区块链存证相比，丰富了数据管理功能、降低了区块存储成本、提高了存证效率。     

面向智能合约漏洞检测的改进符号执行研究

由于区块链不可窜改的特性,部署到区块链上的智能合约不可更改.为了提高合约的安全性,防止智能合约出现整数溢出、短地址攻击、伪随机等问题,在合约部署之前需对合约进行漏洞检测.针对智能合约的整数溢出漏洞利用符号执行进行分析研究,对现有符号执行方法进行调查发现检测速度较慢,从而提出一种自底向上求解约束的改进符号执行方法,并结合深度优先与广度优先进行路径选择从而提高符号执行的代码覆盖率.实验结果表明,改进符号执行在选取的100份含溢出漏洞的智能合约中检测正确率达84％,平均检测效率提高了20％,在中等规模智能合约中检测效率提升显著,检测结果正确率较高.     

基于区块链智能合约的应用研究综述

通过概述区块链智能合约的运作原理及应用研究现状,对现存项目和存在的问题进行分析总结.首先,基于区块链智能合约整体架构介绍合约模型及运行原理,以Ethereum、Hyperledger Fabric和EOSIO三大区块链平台为例分析智能合约部署原理并对三大平台进行对比分析.针对国内外区块链智能合约的应用研究进行归纳总结,并讨论区块链智能合约未来创新应用和发展趋势.从金融交易、物联网和医疗应用三大应用研究领域介绍了基于Ethereum和Hyperledger Fabric平台的区块链智能合约应用现状,进一步探讨了基于EOS(enter-prise operation system)的应用研究和其他应用领域研究现状.最后,从隐私、机制设计与安全、性能和形式化验证等智能合约自身存在问题及三大平台应用存在的不足对区块链智能合约的未来研究方向进行分析和展望.     

基于智能合约的高对抗性僵尸网络研究

区块链技术的发展与应用使构建更为鲁棒和灵活的僵尸网络命令控制信道成为可能.为了更好地研究这类潜在的新型僵尸网络威胁,提出基于区块链智能合约的高对抗性僵尸网络模型——SCBot.SCBot模型采用分层混合拓扑结构,在僵尸子网层构建基于智能合约的命令传递信道,并建立可信度评估机制判别节点真实性,从流量和终端两大层面提升网络...     

基于形式化方法的智能合约验证研究综述

智能合约是区块链技术应用的一个重要场景,智能合约技术实现了区块链的可编程化,提高了其扩展性,有广阔的应用前景。然而,一系列关于智能合约的安全事件造成了大量经济损失,削弱了人们的信心,安全性问题已经成为制约智能合约进一步发展的关键问题。如果合约设计和代码实现的过程中存在缺陷,可能会造成严重后果。而智能合约发布后无法修改,因此,在智能合约发布前对其正确性做出验证尤为重要。近年来,国内外学者在智能合约的验证领域取得了大量成果,但对这些研究成果的系统分析和总结相对较少。对以太坊的交易过程、gas 机制、存储结构、编写语言做了简要介绍,在此基础上调查归纳了智能合约中常见的8种漏洞类型,解释了漏洞产生的原因,回顾了一些真实发生的安全事件并给出了漏洞示例代码;根据不同的技术手段,如符号执行、模型检测、定理证明等,对智能合约的形式化验证工作做分类介绍,分析了各种方法的优劣,并选取了3个开源的自动化验证工具Mythril、Slither和Oyente,从运行效率、检测漏洞类型以及准确率等方面作出实验评估和对比;研究了目前已有的相关综述文章,总结了这些研究的区别与优势;概述了智能合约的漏洞检测技术中仍存在的关键问题,对智能合约验证工作的现状进行了分析和展望,提出了未来能够进一步研究的方向。     

智能合约Gas优化综述

区块链2.0最显著的特征是增加了对智能合约的支持,这使得区块链拥有了运行各种应用程序的能力. 智能合约是一种根据预先定义的代码逻辑自动运行的计算机软件. 区别于传统软件,区块链技术赋予了智能合约不依赖可信中心机构而在相互不信任的节点上正确执行的能力,使其在数字支付、共享经济等领域被广泛地应用. 为了防止滥用智能合约导致计算资源被浪费,以太坊等区块链向部署和执行智能合约这2种活动收取Gas（燃料）费用. 智能合约消耗的计算资源是决定费用高低的因素. 具有低效代码的智能合约浪费资源且易受攻击,此类智能合约的开发者和用户将承担不必要的费用. 因此,优化智能合约以节省资源已经成为开发者和研究者重点关注的问题. 首先详细分析了智能合约Gas优化所面临的主要挑战;然后回顾和总结了近年来提出的各种优化技术;最后展望了该研究方向的未来工作,旨在为智能合约的开发者和研究人员提供参考和借鉴.

     

智能合约安全漏洞挖掘技术研究

近年来，以智能合约为代表的第二代区块链平台及应用出现了爆发性的增长，但频发的智能合约漏洞事件严重威胁着区块链生态安全。针对当前主要依靠基于专家经验的代码审计效率低下的问题，提出开发通用的自动化工具来挖掘智能合约漏洞的重要性。首先，调研并分析了智能合约面临的安全威胁问题，总结了代码重入、访问控制、整数溢出等10种出现频率最高的智能合约漏洞类型和攻击方式；其次，讨论了主流的智能合约漏洞的检测手段，并梳理了智能合约漏洞检测的研究现状；然后，通过实验验证了3种现有符号执行工具的检测效果。对于单一漏洞类型，漏报率最高达0.48，误报率最高达0.38。实验结果表明，现有研究涵盖的漏洞类型不完整，误报及漏报多，并且依赖人工复核；最后，针对这些不足展望了未来研究方向，并提出一种符号执行辅助的模糊测试框架，能够缓解模糊测试代码覆盖率不足和符号执行路径爆炸问题，从而提高大中型规模智能合约的漏洞挖掘效率。     

基于区块链智能合约的代币系统

针对传统代币中存在的公信力不足、监管困难等问题,结合区块链和智能合约技术,设计了一种去中心化的区块链代币系统。以此区块链代币系统为基础,通过部署代币合约、众筹合约,构建了一个基于区块链的众筹系统,实现了基本的众筹功能。同时设计了资金管理合约,实现了众筹成功后对发起者的监督和资金的管理。最后通过以太坊平台进行系统测试,分析了该代币系统的功能性、安全性以及时间性能。结果表明,基于区块链的代币系统在实现代币基本功能的同时,能够有效提升代币的安全性和功能性。     

智能合约安全漏洞研究综述

智能合约是一种基于区块链平台运行,为缔约的多方提供安全可信赖能力的去中心化应用程序。智能合约在去中心化应用场景中扮演着重要的角色,被广泛地应用于股权众筹、游戏、保险、物联网等多个领域,但同时也面临着严重的安全风险。相比于普通程序而言,智能合约的安全性不仅影响合约参与多方的公平性,还影响合约所管理的庞大数字资产的安全性。因此,对智能合约的安全性及相关安全漏洞开展研究显得尤为重要。本文系统分析了智能合约的特性及其带来的全新安全风险;提出了智能合约安全的三层威胁模型,即来自于高级语言、虚拟机、区块链三个层面的安全威胁;并以世界上最大的智能合约平台——以太坊为例,详细介绍了15类主要漏洞;并总结了智能合约安全研究在漏洞方面的进展和挑战,包括自动漏洞挖掘、自动漏洞利用和安全防御三个方面的研究内容;最后,本文对智能合约未来安全研究进行了展望,提出了两个潜在的发展方向。     

基于智能合约的身份管理及认证模型

由于传统公钥基础设施(public key infrastructure,PKI)技术中心化的存储管理方式以及证书颁发、撤销不透明的特点存在着安全性问题,且多个CA机构之间互不可信,实现交叉认证具有一定难度,提出一种基于智能合约的去中心化身份管理及认证模型。通过基于区块链的智能合约实现用户多类型身份数据的发布、认证以及撤销,达到管理用户身份数据及在不同场景中根据不同的认证需求进行身份认证的目的。对模型的安全性进行了分析。     

智能合约安全漏洞检测研究进展

智能合约是运行在区块链合约层的计算机程序,能够管理区块链上的加密数字货币和数据,实现多样化的业务逻辑,扩展了区块链的应用.由于智能合约中通常涉及大量资产,吸引了大量攻击者试图利用其中的安全漏洞获得经济利益.近年来,随着多起智能合约安全事件的发生(例如TheDAO、Parity安全事件等),针对智能合约的安全漏洞检测技术成为国内外研究热点.提出智能合约安全漏洞检测的研究框架,分别从漏洞发现与识别、漏洞分析与检测、数据集与评价指标这3个方面分析现有检测方法研究进展.首先,梳理安全漏洞信息收集的基本流程,将已知漏洞根据基础特征归纳为13种漏洞类型并提出智能合约安全漏洞分类框架;然后,按照符号执行、模糊测试、机器学习、形式化验证和静态分析5类检测技术对现有研究进行分析,并讨论各类技术的优势及局限性;第三,整理常用的数据集和评价指标;最后,对智能合约安全漏洞检测的未来研究方向提出展望.     

基于符号执行的智能合约漏洞检测方案

随着区块链技术的应用推广,智能合约的数量呈现爆发式增长,而智能合约的漏洞将给用户带来巨大损失。但目前研究侧重于以太坊智能合约的语义分析、符号执行的建模与优化等,没有详细描述利用符号执行技术检测智能合约漏洞流程,以及如何检测智能合约常见漏洞。为此,在分析以太坊智能合约的运行机制和常见漏洞原理的基础上,利用符号执行技术检测智能合约漏洞。首先基于以太坊字节码构建智能合约执行控制流图,再根据智能合约漏洞特点设计相应的约束条件,利用约束求解器生成软件测试用例,检测常见的整型溢出、权限控制、Call注入、重入攻击等智能合约漏洞。实验结果表明,所提检测方案具有良好的检测效果,对Awesome-Buggy-ERC20-Tokens漏洞库中70份含漏洞的智能合约的漏洞检测正确率达85%。     

基于智能合约的可信筹款捐助方案与平台

传统筹款捐助平台的集中式管理难以满足高可信机制的需求,筹款信息真假难辨,善款流向不透明。区块链技术的去中心化、数据不可篡改、可溯源、点对点交易等特点为构建可信捐助平台奠定了基础。由此以区块链技术为基础,提出了一种基于以太坊智能合约的捐助方案。首先,将筹款信息和捐款交易事件等存储在以太坊区块链上,并利用保证金机制保证了数据的真实性和可溯性;同时,阐述了该方案的架构模型,提出智能合约算法Donate代替人工操作,防止善款挪用和久未到账问题;最后,通过基于智能合约的可信筹款捐助平台验证了该方案的可行性。将所提平台与传统筹款平台比较分析,证明了该平台能安全有效地防止虚假筹款和善款挪用。     

基于以太坊区块链的公平可搜索加密方案

传统的对称可搜索加密解决了云存储中加密数据的检索问题,但是没有考虑到检索的公平性问题,即用户在支付了服务费后服务器没有返回检索结果或返回错误的检索结果的情况。随着区块链的出现,基于比特币的对称可搜索加密方案被提出,但是比特币系统的交易周期长,且比特币的脚本语言不是图灵完备的,不能适用于更多的场景。因此提出基于以太坊区块链和智能合约的对称可搜索加密方案,在保证数据隐私性的同时,解决了检索的公平性问题。安全性和性能分析结果表明该方案是可行的。     

法律合约与智能合约一致性综述

从计算机科学的角度对法律合约与智能合约的一致性研究现状进行了总结和分析。首先,分别对法律合约描述语言和智能合约开发语言进行了分类和分析,总结了每种语言的特点;其次,根据合同自动化执行的三个发展阶段对法律合约和智能合约的一致性内涵进行了分析和讨论;分别基于形式化模型和合约模板总结了由法律合约生成智能合约代码的方法和关键技术,并对其进行了讨论和评价;最后,对未来法律合约与智能合约的一致性研究进行了总结和展望。     

基于智能合约的分类分级属性访问控制方法

传统医疗数据共享模型存在访问效率低下和访问控制中心化问题。针对医疗数据动态性强、数据量大和隐私度高的特点,提出一种基于智能合约的分类分级属性访问控制方法。首先,对属性和级别进行划分,形成属性类别和资源隐私等级,根据资源等级设计不同粒度的访问控制策略,合理配置属性信息,提升用户访问效率;然后,利用智能合约为访问控制提供去中心化的执行环境,允许自动化策略判决,解决集中式访问控制带来的安全隐患;最后,实验结果表明该方案能够有效提高访问控制效率,实现访问控制智能判决,保证医疗数据的安全共享。     

基于Ethereum的房地产供应链系统设计与实现

以太坊区块链技术是当今互联网时代的一项具有创新性、革命性的综合型分布式数据库账本技术,具有去中介化、自治性、数据不可篡改、可追溯、可编程等特点。分析了传统房地产供应链存在的不足,运用新兴的区块链技术,设计了基于以太坊智能合约的房地产供应链系统。给出了该系统的系统模型,包括系统流程和系统架构两部分。具体说明了系统所涉及到的四个功能模块。展示了系统的工作流程,并讨论了区块链+房地产供应链存在的问题。对区块链应用于房地产供应链领域进行总结,旨在为未来更好地将区块链应用于房地产供应链提供参考。