论文阅读:Seraph: Enabling Cross-Platform Security Analysis For EVM and WASM Smart Contracts
阅读目标
- 了解
SERAPH
的设计的背景和目标。 - 了解工具设计的基本原理和使用方法。
论文总览
概述
- 描述了智能合约非常容易受到外部攻击的背景,这也是
SERAPH
设计的初衷。 SERAPH
能够在主流的虚拟机框架上运行,例如EVM
和WASM
。- 并引入了一系列连接的API供区块链和虚拟机交互,例如加载和更新区块链上存储的数据。
- 而且害提出了一种·
symbolic semantic graph
来对安全分析和内部关键依赖进行结构。
1. 介绍
- 介绍了目前区块链和智能合约的一些内容。
- 开始总结当前智能合约面对具体的外部攻击有哪些:
- 挑战1:虚拟机-区块链交互:不同的区块链对于变量有不同的存储模式,以太坊采用的是
状态变量(state variables)
,FISCO-BCOS采用的是表(数据库)
。 - 挑战2:安全分析步骤:当前的安全分析特别依赖平台,安全合约检测需要跨平台的应用。
- 挑战1:虚拟机-区块链交互:不同的区块链对于变量有不同的存储模式,以太坊采用的是
SERAPH
解决方案: 为了解决上述的问题,设计和开发了SERAPH
,设计了一系列连接API并且提出了象征语义图像
。
2. 跨平台安全分析
2.1. 概览
- 图2描述了
SERAPH
的整个流程。 - 最左边描述了
SERAPH
可以接受智能合约可以用高级的计算机语言作为输入,例如:Solidity, C++ 和 Go。但是必须要要有平台,例如以太坊。 - 基于这些平台,用户可以定义结构CFG(control flow graph),例如标记CFG的底层指令。
SERAPH
还实现了一系列用于虚拟机和区块链交互的连接API
。- 通过了这个过程,就可以生成
symbolic semantic graph(SSG)
。 - 下一步,我们就可以通过对SSG进行安全分析。我们会将分析的任务转化为一个
多路径图请求序列
。例如说搜索SSG上的各种路径,最后生成一个安全报告。
2.2. 连接器API
Connector API
用于定义在虚拟机和区块链之间的交互。SERAPH
提供了两种类型的API,环境API和状态API。- 环境API用于计算区块链区块链的环境信息。
- 具体来说,API检索一个给定块的哈希值,该块的编号为_num。
- 在API的实现中,我们计算符号值Hb(当前块号)和_num之间的差。
- 然后,根据差异生成符号约束。根据以太坊的说法,如果差值小于256,则生成一个具体的块散列。这里使用一个符号值来表示散列。否则,哈希值设置为0。
- 下面是状态API
- 这个
update_storage
,是设计来用于读取和更新区块链中的存储数据。 - 这个API通过键值对获取输入。
- 通过给定存在的键,
SERAPH
首先更新存储数据和依赖,之后再进行解释。
2.3. SSG
- SSG是用于给模型表现关键性的依赖信息,通过一种精确的方式。
- 上图展示了以太坊Solidity的函数
reward
,这个函数会增加owner
的值。 - SSG有两种边,流程边(实线)和控制边(虚线)。
- 在上述案例
+@x
代表一个数据依赖——一个加法程序在计数器程序x
。 - 相似的,
==@y
指从相等检测而来的控制边,在计数器程序y
。 - 与传统的程序依赖图(PDG)相比,SSG解释了区块链语义,丢弃了程序顺序,减少了状态空间。
- 基于SSG,将安全性分析编码为多径图查询。例如,为了检测契约中潜在的整数溢出,我们可以让Seraph搜索流和控制边的交叉路径,例如路径2和3→4。
- 尽管添加操作引入了潜在的溢出,但执行是由对msg.sender的健全性检查控制,因此不会导致溢出。
3. SERAPH
的设计
架构
,一个网络平台,有前端和后端,如下图所示。
SERAPH
使用的是Python,使用的是Z3
作为SMT
求解器。- 核心功能
4. 评价
- 检测能力的报告如上图所示。
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