Solidity DoS Attack

Solidity 中的 DoS （Denial of Service：拒绝服务攻击）可以大致分为如下几种：

• 拒绝 Ether 转账攻击
• Out of Gas Attack
• Returnbomb Attack

拒绝 Ether 攻击

拒绝 Ether 攻击指的是，某些情况下，智能合约的运行逻辑中，其中一个部分是向某一地址转账，且没有检查该地址的类型（EOA or CA）。此时，若 receiver 是一个未实现 fallback/receive 的合约账户，那么便会导致整个函数执行失败，回滚。

example：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract KingOfEther {
    address public king;
    uint public king;

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance,"Need to pay more to become the king");

        (bool sent,) = king.call{value:balance}("");
        require(sent,"Failed to send Ether");

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }
}

当我们调用 claimThrone()时，合约会尝试向 king进行转账，但是若 king 是如下形象的合约账户：

contract KingOfHack {
  // some code

  receive() payable external {
    revert();
  }
}

当该合约接收到 ether 时触发 receive()函数，直接回滚，所以这会导致上面的合约无法继续运行。

解决方法：

修改方法很简单，最简单的方法便是采用“Pull Payment”模式 。

Pull Payment 模式

Pull Payment 是一种设计模式，在这种模式下，合约不主动向用户转账（Push Payment），而是记录用户可以提取的余额，由用户主动调用合约中的提现函数来领取自己的资金。

这种模式的核心思想是：

• 不要主动转账（Push）。
• 让用户自己提取资金（Pull）。

使用该模式有很多优点：

• 避免转账失败 如果用户地址是一个合约地址且没有实现 receive 或 fallback 函数，或者合约逻辑故意回滚，主动转账（Push Payment）可能会失败，导致整个交易回滚。Pull Payment 让用户自己发起提现，避免合约承担转账的责任。
• 防止重入攻击 在 Push Payment 模式下，合约直接调用外部地址，可能引发重入攻击。而在 Pull Payment 中，提现过程由用户主动发起，合约内部无需主动调用外部地址，大大降低了重入攻击的风险。
• 提升灵活性 Pull Payment 允许用户在需要时提取资金，而不需要立即接收，这在某些情况下（例如延迟支付）更加灵活。

Out Of Gas Attack

Out Of Gas Attack 实际上由于大量的循环遍历，导致 gas 超过 gas limit 上限引起整个交易的回滚。

这是一个涉及到外部调用的攻击。我们对上一个例子进行修改：

example

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract KingOfEther {
    address public king;
    uint public balance;
    mapping(address => uint256) public collectedAmount;

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance, "Need to pay more to become the king");

        (bool sent, ) = king.call{value: balance}("");
        if (!sent) {
            collectedAmount[king] += balance; 
        }

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }

    function withdraw() external {
        uint256 amount = collectedAmount[msg.sender];
        require(amount > 0, "No funds to withdraw");

        collectedAmount[msg.sender] = 0;
        (bool sent, ) = msg.sender.call{value: amount}("");
        require(sent, "Failed to send Ether");
    }
}

看起来我们解决了刚刚的问题，就算 king 是一个不能接收 ether 的合约，那我们就把金额存在 mapping 中，等待用户取领取（领取是否成功就和我们没什么关系了）。但是，又有了新的问题。

这里涉及到了外部调用，对于 king 合约的 receive 函数中的逻辑，是任意的，由于交易的原子性问题，当交易运行中，若 gas 超过了 gas limit，那么这笔交易就会回滚。我们可以这样来构造恶意的 KingOfHack 合约

contract KingOfHack {
  // some code

    receive() payable external {
        while(true) {}
    }
}

在新的攻击合约中，我们在 receive 函数中写了一个死循环，这导致当 KingOfEther 合约向我们转账时，会触发到这个死循环，这样就会导致整个交易 out of gas，交易回滚。

解决方法

我们可以通过限制单笔交易的 gas 使用量来避免这个问题。我们对合约的claimThrone函数进行如下的修改：

    function claimThrone() external payable {
        require(msg.value > balance, "Need to pay more to become the king");

        (bool sent, ) = king.call{gas: 100000, value: balance}("");
        if (!sent) {
            collectedAmount[king] += balance; 
        }

        balance = msg.value;
        king = msg.sender;
    }

这样，当外部调用消耗的 gas 达到 100000 时，会导致外部调用回滚。但是，由于整个交易的 gas 还有剩余，剩下的逻辑依然是可以成功执行的。

Returnbomb Attack

刚刚修改后的代码看起来似乎又没有什么问题了，但是实际上还有一种 Dos 攻击：returnbomb Attack

Return Bomb Attack 是一种更为隐蔽的 DoS（Denial of Service）攻击 类型，其原理是利用以太坊的 call 方法返回的数据量对合约进行攻击。在 Solidity 中，当一个合约通过 call 调用另一个合约时，如果返回的数据量非常大，会导致消耗大量 Gas，从而引发 Gas 限制或使交易失败。

虽然我们限制了外部调用的 gas，但是 returnbomb attack 消耗的 gas 并不是外部调用部分的 gas，而是外部调用执行完毕后，evm 会将运行后的 returndata copy 到 memory 中，若 return data 很大，会消耗大量的 gas 导致整个交易 out of gas，交易回滚

原理：

• 在 Ethereum 中，call 方法会将目标合约返回的所有数据存储到调用合约的内存中。
• 如果目标合约返回的数据非常大，会导致调用合约消耗大量 Gas 以分配和处理内存。
• 这种高 Gas 消耗可能导致交易失败或阻止其他用户的正常操作。

攻击方式：

• 攻击者部署一个恶意合约，返回非常大的数据块。
• 当受害合约调用该恶意合约时，由于需要处理大量返回数据，Gas 被迅速消耗殆尽。

不过需要注意一点：

在防御 Out of Gas 攻击的代码中，由于单笔外部调用的 gas 限制被设置为 100,000，当攻击者的合约试图通过 receive 函数返回大量数据来进行攻击时，gas 消耗会超出 100,000 的限制。此时，外部调用会因 Gas 不足（Out Of Gas） 而直接失败，返回的错误信息将是 Out Of Gas，而不是攻击合约中 receive 函数的逻辑触发的异常。所以，returnbomb Attack 攻击时，并不是返回的数据越多越好。最大数据量需要我们进行计算。

EVM 的 gas 消耗跟 memory 使用量的关系是：

memory_size_word = (memory_byte_size + 31) / 32
memory_cost = (memory_size_word ** 2) / 512 + (3 * memory_size_word)

example

contract KingOfHack {
    receive() external payable {
        assembly {
            return(0, `value`)
        }
    }
}

针对这个例子的 ReturnBomb Attack 可能会失效， 因为其他逻辑对 gas 的消耗较少。不过改攻击在 Dos 攻击中确实存在，某些跨链协议就很有可能遭受 ReturnBomb Attack

解决方法

我们可以在处理返回数据前，增加对返回数据长度的检查。 OpenZeppelin 合约安全库中有相关的安全库合约。