Smart Contract Security

Schon 1999 formulierte Lawrence Lessig “Code is law”. Diese Aussage ist im Bezug auf Smart Contracts relevanter denn je. Reale und virtuelle Welt verschmelzen hier miteinander, Security-Probleme können direkt zu immensen materiellen Schäden führen.

Smart Contracts bringen eine ganze Reihe von sicherheitsrelevanten Besonderheiten mit, die bei der alltäglichen Software-Entwicklung nicht auftreten, beispielsweise: ein einfaches Redeployment ist nicht möglich, Testen ist alles andere als trivial und Monitoring ist extrem schwer.

Lernen Sie in diesem Vortrag die typischen Fallstricke bei der Entwicklung von Smart Contracts kennen, und wie Sie diese vermeiden können.

Transcript

1. Smart Contract Security: Sichere Verträge auf der Blockchain HEISE DEVSEC 2018 / HEIDELBERG / 18.10.2018 CHRISTOPH ISERLOHN & MARC JANSING
2. CHRISTOPH ISERLOHN Senior Consultant, INNOQ Deutschland GmbH
3. MARC JANSING Senior Consultant, INNOQ Deutschland GmbH
4. BITCOIN BLOCKCHAIN BULLSHIT
13. Agenda • Einführung • Was ist eine Blockchain? • Was sind Smart Contracts? • Smart Contract Security • Warum sollte man sich damit beschäftigen? • The DAO • Fallstricke / Eigenheiten von Smart Contracts • Best Practices / Tipps
14. Blockchain
15. Was ist eine Blockchain?
16. Was ist eine Blockchain? • Eine Liste von Datensätzen (Datenbank) • Kryptographisch gesicherte Verkettung • Bestehende Datensätze sind unveränderlich • Neue Datensätze können hinzugefügt werden • Verteilt / Distributed Consensus • Löst das double-spending Problem
17. Blockchain - Anwendungszenarien • Kryptowährungen • Distributed-Ledger-Technologie (DLT) • Asset-Verwaltung • Auditing • Spiele • ???
18. Genesis Block Block 1 Block 2
19. Block • Metadaten • Timestamp • Hash des vorigen Blocks (PREV) • Protokollversion (Difficulty) • Proof (NONCE) • ... • Payload • Transaktion 1 • Transaktion 2 • ... • Transaktion X
20. Genesis Block Block 1 Block 2 PREV PREV
21. NODE NODE NODE NODE NODE NODE
22. Block N Block N+1 Block N+2 PREV PREV NODE X NODE Y ?
23. Distributed Consensus • Proof of Work • Proof of Stake • Proof of Capacity • Proof of Authority • Proof of X
24. Proof of Work • Mathematisches/Kryptografisches Aufgabe lösen • Belohnung als Anreiz • Wettbewerb - nur ein Gewinner pro Block • Schwierigkeitsgrad anpassbar
25. Proof of Work - Beispiel Finde einen Hash von Payload, Timestamp, Blockindex, Protokollversion und dem NONCE, beim dem die ersten drei Bytes 00 sind: SHA256(payload + timestamp + index + protocol_vsn + NONCE) == 000000??????????????????????????????????????????????????????????
26. Proof of Work - Mining def mine(payload, t, idx, proto): for n in range(0, max_nonce): h = sha256(payload + t + idx + proto + n) if (h[0:3] == b'\x00\x00\x00‘): return (True, n) return (False, 0)
27. NODE NODE NODE NODE NODE NODE
28. Block N Block N+1 Block N+2 PREV Block N+2 PREV PREV
29. NODE NODE NODE NODE NODE NODE
30. Block N Block N+1 PREV Block N+2 Block N+2 Block N+3 PREV PREV PREV
31. Smart Contracts
32. Verträge
36. Smart contracts?
37. „A smart contract is a set of promises, specified in digital form, including protocols within which the parties perform on these promises.“ Nick Szabo, 1996
38. Was sind Smart Contracts? • = Digitalisierte Verträge inkl. Bedingungen & Abläufen • Vollständig automatisiert • Unveränderbar • Verteilt (auf Blockchain-Plattform deployed) • ohne Intermediär
39. NODE NODE NODE NODE NODE NODE Code <…> C C C C C C
40. Beispiel: Crowdfunding
41. Crowdfunding • Team benötigt Geld für Umsetzung einer Produktidee • Projekt wird auf Crowdfunding-Plattform eingestellt • Unterstützer können Projekt/Produkt unterstützen • Finanzierungsziel muss bis Datum Y erreicht sein
42. Crowdfunding ! "# $ % & ' ( ? Produktteam Unterstützer Plattform Kickstarter ) ) ) ) ) )
43. Crowdfunding ! "# $ % & ' ( ? NODE NODE NODE NODE NODE NODE C C C C C C C ) ) ) ) ) ) ) )) ))) Produktteam Unterstützer Smart Contract Plattform
45. Ethereum • Dezentrale Smart Contract Plattform als globale, transaktionsbasierte state machine • Ethereum Virtual Machine (EVM) als „Turing- Vollständige“ Laufzeitumgebung • Formal spezifizifiert (Yellow Paper) • Programmausführung verbraucht „Gas“ • Ether (ETH) als Token/Währung
46. Ethereum • Account-Typen • Externally owned accounts (EOA) • Contract accounts (Programmcode) • Höhere Programmiersprachen kompilieren zu EVM- Bytecode • LLL, Serpend, Solidity, Vyper, Bamboo
48. 100 LoC
49. Warum sollte man sich damit beschäftigen?
54. The DAO
55. Was ist eine DAO? • DAO = Decentralized Autonomous Organisation • Struktur und Regeln werden durch Smart Contracts festgesetzt • Keine traditionellen Entscheidungsgremien
56. The DAO • Bekannteste DAO • Venture capital fund • Rekord Crowdfunding/Crowdsale April – Mai 2016 • $150 Millionen in knapp einem Monat • DAO.Link als legale Entität in der Schweiz – „Take money from an unknown source as long as you know where it‘s going“
57. The DAO Hack • Mehrstufiger Angriff / Reentrancy Problem • $50 Millionen entwendet • Hack? • Fork in Ethereum und Ethereum Classic • The DAO wurde danach aufgelöst
61. Fallstricke
62. Smart Contract Eigenschaften • Unveränderbar • Code kann nach Deployment nicht geändert werden • Neue Instanz möglich • Kein Sonderrechte für „Administratoren“ • Außer explizit implementiert • Löschen/Leeren wenn explizit implementiert • Public by Design • Jeder kann mit Vertrag interagieren
63. Klingt ein bisschen wie…
65. Sicherheitsrisiken
66. Visibility
67. Visibility • Funktionen haben implizite Sichtbarkeit • Visibility modifiers • Public (default ⚠) • External • Private • Internal • Sichtbarkeit sollte immer explizit definiert werden
68. Visibility pragma solidity 0.4.25; contract HashForEther { function withdrawWinnings() { // Winner if the last 8 hex characters of the address are 0 require(uint32(msg.sender) == 0); _sendWinnings(); } function _sendWinnings() { msg.sender.transfer(this.balance); } }
69. Visibility pragma solidity 0.4.25; contract HashForEther { function withdrawWinnings() public { // Winner if the last 8 hex characters of the address are 0 require(uint32(msg.sender) == 0); _sendWinnings(); } function _sendWinnings() private { msg.sender.transfer(this.balance); } }
70. Over/Underflow
71. Over/Underflow • EVM spezifiziert feste Datengrößen für Integer • int8/uint8 (8 Bit, Range [0, 255] • int256/uint256 (256 Bit, Range [0, 2256] • Overflow = Addieren über max. Datentypgröße • Underflow = Subtrahieren über min. Datentypgröße • Nutze sichere, geprüfte Bibliotheken für arithmetische Operationen (z.B. SafeMath)
72. pragma solidity 0.4.25; contract OverflowUnderFlowExample { uint256 public min = 0; uint256 public max = 2**256-1; function underflow() public { min -= 1; // produce overflow } function overflow() public { max += 1; // produce underflow } } Over/Underflow
73. pragma solidity 0.4.25; import "./SafeMath.sol"; contract OverflowUnderFlowExample { using SafeMath for uint256; uint256 public min = 0; function insecureSubtract() public { min -= 1; // overflow } function secureSubtract() public { min = min.sub(1); // throws exception } } Over/Underflow
74. Reentrancy
75. • Bekannt vom DAO-Hack • Problem bei Zustandsänderungen nach externen Aufrufen • „Checks-Effects-Interactions“-Pattern beachten 1. Prüfungen durchführen 2. Zustand aktualisieren 3. Externe Aufrufe Reentrancy
76. contract EtherStore { mapping(address => uint) private userBalances; function depositFunds() public payable { userBalances[msg.sender] += msg.value; } function withdrawBalance() public { uint amountToWithdraw = userBalances[msg.sender]; // INSECURE: external call before state change require(msg.sender.call.value(amountToWithdraw)()); userBalances[msg.sender] = 0; } } Reentrancy
77. import "EtherStore.sol"; contract Attack { EtherStore public etherStore; constructor(address _etherStoreAddress) { etherStore = EtherStore(_etherStoreAddress); } function attackEtherStore() public payable { etherStore.depositFunds.value(msg.value)(); // send eth to depositFunds() etherStore.withdrawBalance(msg.value); // start the magic } function () payable { etherStore.withdrawBalance(msg.value); // where the magic happens } } Reentrancy
78. contract EtherStore { mapping(address => uint) private userBalances; function depositFunds() public payable { userBalances[msg.sender] += msg.value; } function withdrawBalance() public { uint amountToWithdraw = userBalances[msg.sender]; // SECURE: external call at the end userBalances[msg.sender] = 0; require(msg.sender.call.value(amountToWithdraw)()); } } Reentrancy
79. Weitere…
80. Weitere… • Delegatecall • Unexpected Ether • Entropy Illusion • External Contract Referencing • Short Address/Parameter Attack • Unchecked CALL Return Values • Race Conditions/Front Running • Denial of Service (DoS) • Block Timestamp Manipulation • Constructors with Care • Uninitialized Storage Pointers • Floating Point and Precision • Tx.Origin Authentication
81. Best Practices / Tipps
82. Defensive programming • Minimalismus/Einfachheit • Code-Wiederverwendung • Code-Qualität • Lesbarkeit/Nachvollziehbarkeit • Testbarkeit
85. Zusammenfassung • Wenn Ihr Glück/Pech habt, werden viele/einige von Euch freiwillig/gezwungenermaßen in den nächsten zwei Jahren mit Blockchain und Smart Contracts zu tun haben
86. Zusammenfassung • Smart Contracts sind normale Programme • Programme haben Bugs • Bugs können sicherheitsrelevant sein • Sicherheitslücken in Smart Contracts haben in der Regel direkte monetäre Auswirkung • Bugfixes für Smart Contracts können nicht einfach deployt werden
87. Literatur • https://ethereum.org/ • Solidity Dokumentation: Security Considerations • Consensys Ethereum Smart Contract Security Best Practices • Buchempfehlung „Mastering Ethereum“ • Artikel: Kluge Kontrakte auf Basis von Ethereum • https://openzeppelin.org/ • https://truffleframework.com/
88. Danke! Fragen? www.innoq.com innoQ Deutschland GmbH Krischerstr. 100 40789 Monheim am Rhein Germany +49 2173 3366-0 Ohlauer Str. 43 10999 Berlin Germany Ludwigstr. 180E 63067 Offenbach Germany Kreuzstr. 16 80331 München Germany Gewerbestr. 11 CH-6330 Cham Switzerland +41 41 743 01 11 Albulastr. 55 8048 Zürich Switzerland innoQ Schweiz GmbH Marc Jansing marc.jansing@innoq.com Christoph Iserlohn christoph.iserlohn@innoq.com