智能合约游戏之殇——God.Game 事件分析

作者：Sissel@知道创宇404区块链安全研究团队
时间：2018年8月24日

0x00 前言

当你凝视深渊时，深渊也在凝视着你。

越来越多的乐透、赌博游戏与区块链体系结合起来，步入众多投资者和投机者的视野中。区块链可以说是这类游戏的温床。正面来说，区块链的可信机制与合约的公开，保证了游戏的中立。另一方面，区块链的非实名性，也让玩家的个人信息得以隐藏。

分红、邀约、股息，这些游戏看似利益诱人，实则一个个都是庞氏骗局。游戏火了，诈骗满满皆是。每个人都信心满满地走进游戏，投入大笔资金，希望自己成为受益者，别人都是自己的接盘侠。这样的游戏，只有两个结局，不是游戏所有者获益，就是半路杀进游戏的区块链黑客卷走一切，让玩家血本无归，无一例外。日复一日，无数投机者交了学费，空手而归，却又毫不死心，重入深渊。

游戏依然层出不穷，不信邪的人也是接连不断。近日，国内出现了一款类PoWH的银行游戏，在两周的宣传过后，短短数日，就完成了游戏创建、集资、黑客卷钱走人这一整个流程，让无数玩家措手不及。

时间线

知道创宇404区块链安全研究团队得知此事件后，对游戏合约进行了仔细审计，复现了攻击者的手法，接下来，将对整个事件进行完整的分析，并给出一种简洁的利用方式。

0x01 合约介绍

智能合约名为God，地址为 0xca6378fcdf24ef34b4062dda9f1862ea59bafd4d，部署于 6176235，发行了名为God币的代币(erc20 token)。

God.Game主要是一个银行合约，代码有上千行，较为复杂。如果之前对PoWH3D等类似合约有过接触，God便不难理解。下面我们介绍些简单概念。

ERC20 token

token代表数字资产，具有价值，通过智能合约发行于区块链上，我们可以称之为代币。符合ERC20协议的代币可以更容易互换，方便的在交易所上市。God币便是符合ERC20协议的代币。

合约功能

在God.Game中，你可以通过eth购买token(god币)，当你拥有了token，相当于参加了这个游戏。

token与eth的兑换、分红的多少，都与token的总量以及持有者有关，不断变化。

代码浅析

我们将简要介绍合约中出现的几个重要变量。

在开始介绍前，请先记住一个概念：红利由 账户token的价值 - payout 得到，时常变化，而不是记录这个变量。

用户信息

合约通过控制payoutsTo的值，来控制用户可用的钱，即红利【用来提eth，或再向God合约购买token】。

全局变量

以下变量是全局中浮动的

重要的临时变量

dividends = 账户总价值 - 已用的钱【payout】

dividends这个变量并不存储，不然每当其他参数变动时，需要计算所有人的分红。

每次使用时，通过myDividends(false)计算，而这个函数在不涉及推荐功能时，仅调用了dividendsOf(address customerAddress)。

这里也是本次攻击的溢出点。

0x02 漏洞点

漏洞点有两处，简而言之，是当被转账账户是合约账户时，处理有误造成的。

计算分红

function dividendsOf(address _customerAddress)
view
public
returns (uint256)
{
    return (uint256) ((int256)(profitPerShare_ * tokenBalanceLedger_[_customerAddress]) - payoutsTo_[_customerAddress]) / magnitude;
}

从上面得知，分红可用来提eth，或再次购买token。 分红本应永远为正数，这里的减法未使用safeMath，最后还强制转换uint，会造成整数溢出。 我们需要控制payoutsTo和token的关系。

转账transfer()

// exchange tokens
tokenBalanceLedger_[_from] = SafeMath.sub(tokenBalanceLedger_[_from], _amountOfTokens);
tokenBalanceLedger_[_toAddress] = SafeMath.add(tokenBalanceLedger_[_toAddress], _amountOfTokens);

我们看到，如论如何转账，token一定是一方减少，另一方增加，符合代币的特点。

if (fromLength > 0 && toLength <= 0) {
    // contract to human
    contractAddresses[_from] = true;
    contractPayout -= (int) (_amountOfTokens);
    tokenSupply_ = SafeMath.add(tokenSupply_, _amountOfTokens);
    payoutsTo_[_toAddress] += (int256) (profitPerShare_ * _amountOfTokens);

} else if (fromLength <= 0 && toLength > 0) {
    // human to contract
    contractAddresses[_toAddress] = true;
    contractPayout += (int) (_amountOfTokens);
    tokenSupply_ = SafeMath.sub(tokenSupply_, _amountOfTokens);
    payoutsTo_[_from] -= (int256) (profitPerShare_ * _amountOfTokens);

这里是God中，针对转账双方的账户类型【外部账户、合约账户】采取的不同操作。

我们会发现，transfer()函数并未对合约账户的payoutsTo进行操作。而是仅修改了contractPayout这个和God合约参数有关的全局变量。

导致合约账户中 token(很多) * profitPerShare(常量) - payoutsTo(0) 非常大。正常来讲，payoutsTo应该变大，令账户的dividends为 0。

这种写法非常奇怪，在ERC20的协议中，当被转账账户为合约时，只需要合约拥有该代币的回调函数即可，没有别的要求。

0x03 攻击链

这样我们就可以得到大致的攻击链： 再次注意，红利 dividens = token * token价值 - payout(用户已经花了的部分)。 即 可用的钱 = 总价值 - 已用的钱

  1. 攻击者 ==转账==> 攻击合约
    合约状况：

  2. 攻击合约 withdraw()
    合约状况：

  3. 攻击合约 ==转账==> 攻击者
    合约状况：

  4. 攻击合约 reinvest()
    合约状况：

再投资【使用红利购买token】，通过大量的红利，可以随意购买token，进而sell()+withdraw()提出eth，完成攻击。

0x04 实际流程

攻击者首先部署了几个测试的攻击合约，因为一些原因之后未使用，可能仅供测试。

攻击合约逆向

知道创宇404区块链安全研究团队使用昊天塔，对攻击者部署的合约进行了逆向，得到了攻击合约大致代码。

得到的函数列表

0x0: main()
0xa2: withdraw()
0xb7: ownerWithdraw()
0xcc: owner()
0xfd: myTokens()
0x124: transfer(address,uint256)
0x148: tokenFallback(address,uint256,bytes)
0x1c5: sell(uint256)
0x1dd: exit()
0x1f2: func_ee2ece60
0x207: buy(address)
0x21b: func_f6613ff5
0x230: reinvest()

而具体分析函数内容，发现该合约大部分函数都是以本合约发起对God合约的调用，例如：

function withdraw() public {
    if (msg.sender == 0x2368beb43da49c4323e47399033f5166b5023cda){
        victim.call(bytes4(keccak256("withdraw()")));
    }
}

对照攻击者交易明细，我们来复现攻击流程。我们假设token对应红利是1:1，便于解释。

  1. 部署攻击合约
    tx:1. 部署合约 攻击者部署合约，准备攻击。 合约地址：0x7F325efC3521088a225de98F82E6dd7D4d2D02f8

  2. 购买token
    tx:2. 购买token 攻击者购买一定量token，准备攻击。

  3. 向攻击合约转账token
    tx:3. transfer(attacker -> attack-contract) 攻击者本身购买了少量token，使用游戏合约中的transfer()，向攻击合约转账。

  4. 攻击合约withdraw()
    tx:4. withdraw() 攻击合约调用了God的withdraw()，攻击合约因此获得了红利对应以太币【不重要】

  5. 攻击合约transfer()
    tx:5. transfer(attack-contract -> attacker) 将token转回，攻击合约token不变，红利溢出。

  6. 攻击合约reinvest()
    tx:6. reinvest() 再投资，将红利买token，可以大量购买token。

  7. 攻击合约sell()
    tx:7. sell() 卖出一部分token，因为发行的token过多，会导致token价值太低，提取以太币较少。

  8. 攻击合约transfer()
    tx:8. transfer(attack-contract -> 受益者) 把智能合约账户的token转给受益者(0xc30e)一部分。

  9. 受益者sell()+withdraw()
    受益者(0xc30e)卖掉token，并withdraw()红利，得到以太币。

0x05 更简单的攻击手法

回顾上述攻击流程，攻击成立主要依赖红利由 token - payout 得到，时常变化，而不是记录这个特性。

在交易token时，变化的只是双方持有的token数，双方的红利应该不变，换言之，就是用户的payout也需要变化才能保证红利变化。

漏洞就在于在用户和合约交易token时，合约方的payout并没有相应的增加，导致红利平白无故的多出来，最终导致了凭空生币。

这样一来，我们就可以使用更简单的攻击手法。

下面是详细的介绍：

  1. 攻击者 ==转账==> 攻击合约
    合约收到转账时，红利本应为0，却变得很多，账户可用资金变得很多。

  2. 攻击合约 withdraw()
    把可用的钱提款为eth，token不变。

  3. 攻击合约 ==转账==> 攻击者
    token原路返回攻击者，token不变，但合约中多出了 eth 。

我们发现智能合约在这个过程中，因为接受转账未增加payout，导致在第二步中可以提取不少的以太币，并在第三步将token原路转回。 这一过程，合约账户便可凭空得到以太币。而只需要支付一部分手续费以及token的轻微贬值。如此反复创建新的合约，并按以上步骤，可以提出God.Game中大量的以太币。

注意事项

此攻击方法理论成立，还需仔细考察手续费和token价值变化等细节问题，但从合约中提取部分以太币是可行的。

具体分析

  1. 购买token
    攻击者购买一定量token，准备攻击。

  2. 向攻击合约转账token
    攻击者本身购买了少量token，使用游戏合约中的transfer()，向攻击合约转账。

  3. 攻击合约调用 withdraw()
    withdraw() 的主要逻辑如下：
    攻击合约调用withdraw()，通过以太币的形式取出利息 dividents。

  4. 攻击合约transfer()
    将token转回，攻击者token恢复为1000。

0x06 总结

以上就是God.Game合约的分析，以及本次攻击的复现。这次攻击的发生距离合约部署仅有两天，整个攻击流程非常巧妙。按照前面的分析，仅通过合约账户的withdraw()就可以提出以太币。但攻击者还利用了红利溢出，进而获得了大量的token。根据上面多方面因素，虽然主办方在事件发生后声明自己是受害者。但是根据telegram上记录，主办方在游戏开始之前就再未查看玩家群。这些现像，引人深思。

区块链游戏看似充满诱惑，实则迷雾重重。无论如何谨慎，都有可能跌入深渊。谁也不知道游戏背后的创建者究竟有什么打算，但人皆贪婪，有钱财的地方，必有隐患。

0x07 相关链接

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附录1 此次事件相关地址

附录2 God.Game合约的函数分析

未使用的分红增加，可用来withdraw(提款)或reinvest(再投资)。

清零分红，获得相应的eth。

消耗掉账户的分红，换成token。

from:

to:

附录3 根据昊天塔逆向结果，构造的攻击合约

pragma solidity ^0.4.23;

contract Attack {
    address public owner;
    address public victim;

    function Attack() payable { owner = msg.sender; }

    function setVictim(address target) public { victim = target; }

    function withdraw() payable public {
        victim.call(bytes4(keccak256("withdraw()")));
    }

    function reinvest() payable public {
        victim.call(bytes4(keccak256("reinvest()")));
    }

    function transfer(address to_, uint256 amount) payable public{
        victim.call(bytes4(keccak256("transfer(address,uint256)")),to_,amount);
    }

    function () payable public{}

    function tokenFallback(address _from, uint _amountOfTokens, bytes _data) public returns (bool){
      return true;
    }
}

源链接

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