智能合约的合约安全和隐私安全研究综述

区块链作为对等网络中的一种分布式账本技术,集成了密码学、共识机制、智能合约等多种技术,提供一种新型信任体系构建方法.智能合约具有公开透明、实时更新、准确执行等显著特点,在区块链中为信息存储、交易执行和资产管理等功能的实现提供了更安全、高效、可信的方式.但是,智能合约本身仍然存在安全问题,影响了区块链技术的进一步推广使用.所以,近年来围绕智能合约安全问题的相关研究比较多,为了帮助相关人员更好地理解和掌握其中的研究思路,本文采用Mapping Study方法,通过收集2015年以来公开发表的关于智能合约安全问题的各类文献,并进一步通过文献筛查、问题设置、信息提取、结果获取和分析等步骤,总结智能合约安全相关研究的现状和未来发展趋势如下:(1)目前智能合约自身面临的安全问题和挑战主要体现在合约安全和隐私安全两方面(问题和挑战).在调查的45篇文献中,有29篇文献针对合约安全,16篇文献针对隐私安全;(2)智能合约安全保障目前采用的方法主要包括形式化验证、模糊测试、零知识证明、可信执行环境等(保障方法);(3)针对合约安全的研究目前主要集中在合约实现、测试阶段,而针对智能合约设计、部署及运维阶段的研究比较少;针对隐私安全的研究主要集中在合约数据隐私保护,而针对合约代码隐私安全的比较少(覆盖范围);(4)智能合约安全保障研究目前主要从合约实现人员、合约测试人员的角度进行,而从合约维护人员和合约用户角度展开的研究较少(研究角度);(5)未来研究应该围绕智能合约的全生命周期的每个阶段安全问题进一步推进,先验方法和后验方法、定性方法和定量方法、静态方法和动态方法的结合是大势所趋(发展趋势).综上,本文通过调研发现了现有研究的不足,并建议了进一步的研究方向.     

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。     

智能合约安全问题与研究现状

智能合约是运行在区块链上的程序,具有去中心化、不可篡改的特性,被广泛应用于金融、能源、物联网等多个领域.然而智能合约一旦实际部署到实时网络上就不能对其更改,在保证合约安全的同时,缺陷和错误也不能通过修改合约代码得以解决,从而导致重大的安全事故.因此合约实际部署前对其进行安全测试已经成为迫切需要解决的问题.介绍了因智能合...     

智能合约安全与实施规范研究

自区块链2.0时代以来,以智能合约为代表的第二代区块链平台及应用呈爆发式增长,但随之而来的智能合约安全事件也频繁发生。区块链3.0时代,智能合约因其固有的去信任化、自动性、防篡改、可追溯等技术特性,必将被广泛应用。但是,在此前景之下,智能合约的安全性成为了区块链生态安全的基石。文章创新地提出了智能合约3.0—智慧合约的概念,并基于智能合约基础架构研究了智能合约安全威胁,提出了一套基本的智能合约安全实施规范,旨在为智能合约安全实施提供参考与借鉴。     

智能合约漏洞检测工具研究综述

智能合约是区块链平台实现交易的重要组件,为多方交易间信任问题提供了一种有效的解决方案.智能合约不仅管理高价值代币还具有不可更改等特性,导致近年来智能合约多次遭受安全威胁.目前出现了大量关于智能合约安全性的研究,其中智能合约漏洞检测成为主要关注点.文中系统分析了智能合约安全问题,从是否执行合约的角度将漏洞检测工具分为静态检测工具和动态检测工具,并对检测工具进行对比分析,重点分析现有检测工具的漏洞检测能力,介绍了 16种检测技术的原理及优缺点;最后,对如何提高智能合约安全性进行展望,提出了 3个可能提高智能合约安全性的研究方向.     

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.

     

智能合约的形式化验证方法综述

智能合约的引入使得区块链技术蓬勃发展,其安全问题成为了目前一大热点研究课题.智能合约编写语言及其不可篡改特性,可能导致安全漏洞的产生且无法被修复,进而会让使用者面临巨大的经济损失.为了对智能合约漏洞进行分析,越来越多的学者引入了形式化方法,对智能合约的源码和字节码进行安全验证,最大程度地保证智能合约的安全.论文介绍了智...     

智能合约自毁案例探析

随着区块链近年的迅速发展,以太坊由于其开源性及图灵完备的特点,逐渐成为区块链最流行的平台,部署在以太坊上的智能合约数量呈现出一个爆发性的增长。基于此,笔者首先回顾了区块链以及智能合约的发展历程,在其基础上分析了智能合约Self-Destruct(自毁)的原因,最后通过两个案例来说明智能合约自毁背后可能隐藏的恶意攻击。     

智能合约:架构及进展

智能合约是一种无需中介、自我验证、自动执行合约条款的计算机交易协议,近年来随着区块链技术的日益普及而备受关注.区块链上的智能合约具有去中心化、去信任、可编程、不可篡改等特性,可灵活嵌入各种数据和资产,帮助实现安全高效的信息交换、价值转移和资产管理,最终有望深入变革传统商业模式和社会生产关系,为构建可编程资产、系统和社会奠定基础.本文致力于以区块链智能合约为研究对象,对已有的研究成果进行全面梳理和系统概述,提出了智能合约的基础架构模型并以此为研究框架阐述了智能合约的运行机制与基础架构,总结了智能合约的研究挑战与进展,介绍了智能合约的技术优势与典型应用领域,讨论了智能合约的发展趋势,以期为智能合约的后续研究提供参考.     

基于智能合约构建可信物联网安全模型

物联网系统错综复杂,数据会在整个传输过程中经过不同的载体,其存在的隐私安全和漏洞问题也随着暴露出来.为解决传统防护技术的不足,保证物联网信息安全,本文旨在研究基于区块链技术的物联网信息安全技术,利用区块链技术在物联网网关之间建立安全的通信通道,通过在物联网网关中设置检查点来管理智能合约,与传输的所有数据链及其支链构建M...     

Ethereum smart contract security research: survey and future research opportunities

Blockchain has recently emerged as a research trend, with potential applications in a broad range of industries and context. One particular successful Blockchain technology is smart contract, which is widely used in commercial settings (e.g., high value financial transactions). This, however, has security implications due to the potential to financially benefit froma security incident (e.g., identification and exploitation of a vulnerability in the smart contract or its implementation). Among, Ethereum is the most active and arresting. Hence, in this paper, we systematically review existing research efforts on Ethereum smart contract security, published between 2015 and 2019. Specifically, we focus on how smart contracts can be maliciously exploited and targeted, such as security issues of contract program model, vulnerabilities in the program and safety consideration introduced by program execution environment. We also identify potential research opportunities and future research agenda.     

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。     

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。     

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。     

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。