区块链论文8（ContractGuard分析写作手法）

ContractGuard:面向以太坊区块链智能合约的入侵检测系统
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X. Wang, J. He, Z. Xie, G. Zhao and S. Cheung, “ContractGuard: Defend Ethereum Smart Contracts with Embedded Intrusion Detection,” in IEEE Transactions on Services Computing, vol. 13, no. 2, pp. 314-328, 1 March-April 2020, doi: 10.1109/TSC.2019.2949561.

中文版：[1]赵淦森,谢智健,王欣明,何嘉浩,张成志,林成创,Ziheng Zhou,陈冰川,Chunming Rong.ContractGuard：面向以太坊区块链智能合约的入侵检测系统[J].网络与信息安全学报,2020,6(02):35-55.
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0. Abstract
智能合约本质。智能合约易受攻击。常见攻击方法。提出ContractGuard。ContractGuard实现方式。现有IDS不适用于太坊智能合约。为解决前面问题，设计嵌入式的架构，实现把 ContractGuard 直接嵌入智能合约的执行代码中。ContractGuard 保护智能合约的方式。ContractGuard存在的约束，进一步优化。优化结果展示。

1. INTRODUCTION

由区块链引出智能合约。智能合约是什么。
智能合约受到攻击会导致严重后果及其原因。
已有文献大多为静态分析尚未有文献可以在部署后保护智能合约。（本文的创新处）
介绍传统入侵检测系统。（两种主要类型）
本文提出了嵌入式IDS架构。IDS架构基本思路。IDS架构可防护的攻击举例（两个最著名的攻击）。
传统IDS不适用于智能合约的原因。
基于上述原因本文提出了嵌入智能合约代码中的基于异常的 IDS 架构 ContractGuard。ContractGuard基于异常检测的优势，其关键思路。（上下文标记无环路径分析、高效 Gas 的自适应路径集存储）
简介本文的实验和取得的成果
本文的贡献
本文的结构

2. BACKGROUND

2.1 Ethereum Smart Contract Program Model
以太坊智能合约程序模型，三个层面（程序架构、调用模型、数据管理模型）
2.2 Context-Tagged Acyclic Path
- 解释context-tagged 无环路径定义
- context-tagged 无环路径适用于异常检测任务的两个特性（路径数量有限、具有不同循环迭代次数的完整路径可以共享同一组非循环路径。）
- 去回边后的函数调用图

3. MOTIVATION
提出ContractGuard 中的一个关键的假设：通过比较不同交易所触发的控制流来区分正常的交易和异常的交易。分析11种安全漏洞来验证假设成立.证实了基于异常控制流的 IDS 对漏洞攻击能进行有效的防御。（对于其他漏洞，其攻击的目标并非智能合约本身，而是针对以太坊的运行环境产生的漏洞(#5.随机种子和#7. 打包交易顺序)，或者针对第三方与智能合约进行交互所产生的漏洞(#10.短地址攻击)）

4. THE APPROACH OF CONTRACTGUARD

4.1 Overview
介绍ContractGuard 整个智能合约防护的过程（训练、保护和审计 3 个阶段）
缺陷: 训练过程依赖大量测试用例，审计过程需要人工审核
4.2 Protection Boundary of ContractGuard
具体介绍出发IDS回滚的三种情景（整个路径执行完毕之后才会检查，是否会产生时间代价？）
情景1 ：发生跨智能合约的调用时，可以在 calldata 的消息中植入当前 calling-context的信息，以确保可以建立完整的 calling-context 计算。(AB共同建立一个完整的calling-context)
情景2：ContractGuard 会记录 A 和 B 的 context-tagged 无环路径，但A和B是独立进行异常标记以及回滚。（AB拥有独立的calling-context）（针对情景2有一个更好的解决方案，但是是以增加开销为代价的因此舍弃这种解决方案）
情景3 ：只保护B
4.3 Intra-Procedural Path Indexing and Profiling (函数内的路径编码)
ContactGuard 采用 Ball 和 Larus[21]提出的 EPP 算法对函数内的路径进行记录和编码。解释函数内路径编码过程
4.4 Calling-Context Indexing and Profiling（调用上下文的记录与编码）
ContractGuard 还需要调用上下文信息。受 EPP 算法的启发，本文设计了高效的上下文调用信息标识与配置算法。
4.5 Gas-Efficient Adaptive Path Set Storage（存储安全路径的方案）
给出三种优质解决方案，通过 ContractGuard 实现 3 种存储方案的性能比较来动态选择出采用何种存储方案

5. SIMULATION EXPERIMENTS ON THE MAINNET
为了评估 ContractGuard 的效率，本文进行了仿真实验，主要从开销方面分析将IDS嵌入智能合约的实际可行性和可操作性，以及嵌入式 IDS 对异常行为的识别过程是否导致过多无效的错误警报。(通过实验评估ContractGuard，主要评估开销和误报率)

5.1 Is the Overhead of ContractGuard Practical? （ContractGuard花费的开销是否在用户的接受范围之内）
ContractGuard 保护智能合约会涉及两种开销，这两种开销都需要花费额外的以太币。（部署开销、运行开销）
- 智能合约涉及的两种开销。实验证明智能合约嵌入IDS所需部署开销是切实可行的
5.2 Is It Practical to Handle False Alarms Manually? 手动处理错误警报的可行性分析

6. CONTROLLED EXPERIMENTS (基于现实世界合约漏洞的受控实验)
本节对 ContractGuard 的有效性进行实验评估，将评估 3 个研究问题。
问题 1:ContractGuard 是否可以有效地检测漏洞?
问题 2:部署开销、运行开销和错误警报的数量是多少?
问题 3:哪些因素会影响部署和运行时开销?

6.1 实验对象（针对问题1，2进行两组实验）解释选择这些实验对象的原因
6.2 真实漏洞的实验研究
6.3 真实漏洞的实验研究
6.4 影响开销的因素
6.5 讨论（ContractGuard存在的一些问题，值得进一步讨论和分析并作研究的方面）

7. RELATED WORK

7.1 Smart Contract Analysis and Verification
现有工具的局限性
（7.2 7.3本文涉及的两个关键技术）
7.2 Execution Profiling
常见的动态分析技术
7.3 Intrusion Detection System (IDS)
入侵检测系统

8. CONCLUSION

智能合约漏洞的零容忍，严重危害性
本研究的主要目标以及最大的创新点，本研究的优势和结论。

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