智能合约安全漏洞检测技术研究综述

智能合约是区块链技术最成功的应用之一,为实现各式各样的区块链现实应用提供了基础,在区块链生态系统中处于至关重要的地位.然而,频发的智能合约安全事件不仅造成了巨大的经济损失,而且破坏了基于区块链的信用体系,智能合约的安全性和可靠性成为国内外研究的新关注点.首先从Solidity代码层、EVM执行层、区块链系统层这3个层面介绍了智能合约常见的漏洞类型和典型案例;继而,从形式化验证法、符号执行法、模糊测试法、中间表示法、深度学习法这5类方法综述了智能合约漏洞检测技术的研究进展,针对现有漏洞检测方法的可检测漏洞类型、准确率、时间消耗等方面进行了详细的对比分析,并讨论了它们的局限性和改进思路;最后,根据对现有研究工作的总结,探讨了智能合约漏洞检测领域面临的挑战,并结合深度学习技术展望了未来的研究方向.     

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.     

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。     

一种基于运行时信息的以太坊智能合约防御技术

智能合约是区块链技术最成功的应用之一,已经被广泛集成到应用程序中,成为应用去中心化的常见实现方案.然而,智能合约由于其独有的金融特性,一直以来饱受安全攻击,各种新的恶意攻击类型层出不穷.现有的研究工作提出了多种有效检测合约漏洞的方法,但在实际应用中都存在着各种局限:仅针对已知的漏洞类型,需要修改合约代码来消除漏洞,链上开销过大.由于智能合约部署到链上后的不可修改性,这些针对特定漏洞类型的检测防御手段无法对原有的合约进行修复,因此很难及时地应对新型的漏洞和攻击.为此,提出了一种基于运行时信息的智能合约可升级防御技术,通过引入运行时的各种信息,为链下对攻击和漏洞的检测提供实时的数据.同时,设计了一套部署在合约上的访问控制机制,基于动态检测的结果,对合约的访问进行限制,从而在不需要修改合约代码的情况下实现动态的防御.由于以太坊本身的机制无法对实时攻击进行识别和拦截,为了减小这一影响,利用竞争(race condition)的机制来增强防御的效果.实验结果分析表明:该防御技术可以有效地检测并防御攻击,对于后续的攻击交易,可以实现100%的拦截成功率,对于首次检测到的实时攻击,利用竞争可以达到97.5%的成功率.     

以太坊智能合约模糊测试技术研究综述

运行在区块链平台之上的智能合约,完成了不同参与者之间协议的达成和自动执行,同时也管理了大量的数字资产,智能合约漏洞的频繁爆出,造成了难以估量的经济损失。模糊测试是一种有效的动态漏洞检测技术,已经被应用于智能合约安全研究。文中分析了现有综述工作对智能合约模糊测试的总结不足的问题,并提出了智能合约模糊测试的基本框架;以目前智能合约安全研究中最广泛的以太坊智能合约为例,介绍了与智能合约紧密相关的账户机制和交易结构,总结了智能合约区别于传统程序的特点;阐述了智能合约的漏洞,并对这些智能合约模糊测试技术覆盖的漏洞进行了比较;进一步地,从单交易和交易序列两个方面对已有智能合约模糊测试技术的输入生成进行了分析;从函数层面、交易层面和交易序列层面对测试输入变异进行了总结;对已有智能合约模糊测试技术的测试预言使用进行了简述;另外,还总结了智能合约模糊测试的技术评价指标。最后,提出了当前智能合约模糊测试技术研究面临的问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

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.     

以太坊智能合约的漏洞自动化修复技术研究

以太坊等公链上的智能合约可以实现各种去中心化应用,但频发的安全事件导致用户的财产遭受威胁。智能合约安全问题极大地影响用户对去中心化应用的信任度,且链上信息具有不可篡改的特性,使得智能合约在部署前的安全审计和漏洞修复过程必不可少,但当前的安全研究大多聚焦于智能合约漏洞检测技术。文章首先介绍了智能合约相关背景并比较了其与传统应用程序的差异,提出了包含漏洞识别和补丁生成两大关键步骤的智能合约部署前漏洞自动化修复流程,然后分析并阐述了常见的漏洞类型和漏洞检测技术,深入讨论了基于字节码和源码生成智能合约常见漏洞补丁的研究进展,最后对智能合约漏洞补丁生成技术面临的有效性、成本、可扩展性等性能问题以及漏洞自动修复技术的未来方向进行了展望。     

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.     

基于本体推理的智能合约漏洞检测系统

随着区块链的不断发展，基于以太坊的智能合约越发受到各界的广泛关注，但随之而来的是其面临着更多的安全威胁。针对以太坊智能合约的安全问题，出现了各种漏洞检测方法，如符号执行、形式化验证、深度学习等，但现有的检测方法能检测到的漏洞类型大多不全面，缺乏可解释性。针对这些问题，设计并实现了针对Solidity高级语言层面的基于本体推理的智能合约漏洞检测系统。该系统先把智能合约源码解析为抽象语法树，再进行合约信息抽取，利用抽取到的数据信息构建智能合约漏洞检测本体，并使用推理机进行本体推理。实验选取了其他检测工具与本系统进行对比，并使用这几种工具对100份智能合约样本进行检测。实验结果表明，所提系统的检测效果良好，能检测多种类型的智能合约漏洞，并能给出其漏洞的相关信息。     

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。     

以太坊Solidity智能合约漏洞检测方法综述

以太坊Solidity智能合约基于区块链技术,作为一种旨在以信息化方式传播、验证或执行的计算机协议,为各类分布式应用服务提供了基础.虽然落地还不足6年,但因其安全漏洞事件频繁爆发,且造成了巨大的经济损失,使得其安全性检查方面的研究备受关注.首先基于以太坊相关技术对智能合约的一些特殊机制和运行原理进行介绍,并根据智能合约...     

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%。     

以太坊中间语言的可执行语义

智能合约是实现各类区块链应用的核心软件程序.近期,以太坊区块链平台（Ethereum）上的智能合约暴露出大量错误和安全隐患,在国际上引发了智能合约形式化验证的研究热潮.为提供高可信度的验证结果,智能合约程序语言的形式化必不可少.本工作对以太坊中间语言Yul进行形式化,首次给出了其类型系统和小步操作语义的形式化定义.该语义为可执行语义（executable semantics）,由120个Yul语言程序组成的测试集进行测试.本工作在Isabelle/HOL证明辅助工具中完成,为基于定理证明的智能合约正确性、安全性验证奠定了基础.     

区块链中攻击方式的研究

随着以数字加密货币为代表的区块链1.0技术和以以太坊为代表的区块链2.0技术的发展,区块链技术的安全性成为了研究热点问题.区块链系统的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层与应用层均存在可被攻击者利用的漏洞.本文通过分析比特币、以太坊等平台中常见的攻击方式,提出了全新的区块链中攻击方式的分类方法.本文提出的攻击分类方法...     

区块链资产窃取攻击与防御技术综述

自中本聪提出比特币以来,区块链技术得到了跨越式发展,特别是在数字资产转移及电子货币支付方面。以太坊引入智能合约代码,使其具备了同步及保存智能合约程序执行状态,自动执行交易条件并消除对中介机构需求,Web3.0 开发者可利用以太坊提供的通用可编程区块链平台构建更加强大的去中心化应用。公链系统具备的特点,如无须中央节点控制、通过智能合约保障交互数据公开透明、用户数据由用户个人控制等,使得它在区块链技术发展的过程中吸引了更多的用户关注。然而,随着区块链技术的普及和应用,越来越多的用户将自己的数字资产存储在区块链上。由于缺少权威机构的监管及治理,以太坊等公链系统正逐步成为黑客窃取数字资产的媒介。黑客利用区块链实施诈骗及钓鱼攻击,盗取用户所持有的数字资产来获取利益。帮助读者建立区块链资产安全的概念,从源头防范利用区块链实施的资产窃取攻击。通过整理总结黑客利用区块链环境实施的资产窃取攻击方案,抽象并归纳威胁模型的研究方法,有效研究了各类攻击的特征及实施场景。通过深入分析典型攻击方法,比较不同攻击的优缺点,回答了攻击能够成功实施的根本原因。在防御技术方面,针对性结合攻击案例及攻击实施场景介绍了钓鱼检测、代币授权检测、代币锁定、去中心化代币所属权仲裁、智能合约漏洞检测、资产隔离、供应链攻击检测、签名数据合法性检测等防御方案。对于每一类防御方案,给出其实施的基本流程及方案,明确了各防护方案能够在哪类攻击场景下为用户资产安全提供防护。     

基于以太坊的改进物联网设备访问控制机制研究

当前物联网设备节点动态性强且计算能力弱,导致物联网中的传统访问控制机制存在策略判决与策略权限管理效率较低、安全性不足等问题.提出基于以太坊区块链的物联网设备访问控制机制,结合基于角色的访问控制(RBAC)模型设计智能合约.对以太坊相关特性进行分析,建立结合用户组的改进RBAC模型.设计基于以太坊区块链技术的物联网设备访...