区块链:深入理解 EVM 存储机制及安全问题_Paddycoin

前言

EVM是一个轻量级的虚拟机，其设计初衷就是提供一种可以忽略硬件、操作系统等兼容性的虚拟的执行环境供以太坊网络运行智能合约。

简单来说EVM是一个完全独立的沙盒，在EVM中运行的代码是无法访问网络、文件系统和其他进程的，以此来避免错误的代码能让智能合约毁灭或者影响外部环境。

在此基础上，知道创宇区块链安全实验室带大家一起深入理解EVM的存储机制和安全问题。

EVM存储结构

可以看到EVM存储数据分为两类：

存储在code和storage里的数据是non-volatile(不容易丢失的)

声音 | 东华软件：未来将持续推动区块链在医疗健康领域的深入应用:金色财经报道，东华软件股份公司在其关于投资者交流会召开情况的公告中表示，公司医疗行业未来发展方向之一为，持续推动区块链技术在医疗健康领域的深入应用，帮助用户建立全生命周期的健康档案，实现健康数据的记录和安全共享。[2020/2/12]

存储在stack，args，memory里数据是volatile(容易丢失的)

各个存储位置的含义

Code

code部署合约时储存data字段也就是合约内容的空间，即专门存储智能合约的二进制源码的空间

声音 | 国家医疗保障局副局长：国家医疗保障局将深入研究引入5G和区块链等先进技术:11月24日，全国医保电子凭证发布式在山东省济南市举行。国家医疗保障局副局长施子海表示，国家医疗保障局将不断探索创新，深入研究引入5G和区块链等先进技术，加快完善电子凭证功能和推广应用，推进医保治理体系和治理能力现代化，提升为民服务质量和水平，让更多便民举措更加广泛地惠及人民群众。（第一财经）[2019/11/24]

Storage

Storage是一个可以读写修改的持久存储的空间，也是每个合约持久化存储数据的地方。Storage是一个巨大的map，一共2^256个插槽(slot)，每个插糟有32byte，合约中的“状态变量”会根据其具体类型分别保存到这些插槽中。

声音 | 科蓝软件：公司与蚂蚁金服在区块链方面有广泛深入合作:科蓝软件(SZ300663)在互动平台表示，公司与蚂蚁金服在互联网银行的前台、中台、后台产品和项目以及区块链方面已经有广泛深入的合作，双方是战略层面的合作，并且还在继续深化以及向其他领域扩展，具体请参考公司相关公告。[2019/11/20]

Stack

stack即所谓的“运行栈",用来保存EVM指令的输入和输出数据。可以免费使用，没有gas消耗，用来保存函数的局部变量，数量被限制在16个。stack的最大深度为1024，其中每个单元是32byte。

Args

动态 | 湖南娄底书记市长会见中国工程院院士陈纯，深入探讨区块链技术与应用:据娄底新闻网消息，湖南娄底市委书记、市人大常委会主任李荐国9月19日会见中国工程院院士、杭州趣链科技有限公司董事长陈纯。双方围绕区块链技术与应用等方面开展合作，进行了深入探讨。李荐国表示，娄底市委、市政府对于区块链发展是积极支持、稳步推进的，目前已取得了初步成效。我们希望双方能够寻求一种利益共享、风险共担、合作共赢的发展模式，在坚持政府引导、企业主导的基础上，加强对区块链技术应用的监管，让区块链更好地为经济社会发展服务，为提高政府效能、创新社会管理服务，尽快把技术优势转化为经济优势，让老百姓得到实惠。[2019/9/20]

args也叫calldata，是一段只读的可寻址的保存函数调用参数的空间，与栈不同的地方的是，如果要使用calldata里面的数据，必须手动指定偏移量和读取的字节数。

Memory

Memory一个简单的字节数组，主要是在运行期间存储数据，将参数传递给内部函数。基于32byte进行寻址和扩展。

EVM数据存储概述

前面已经说过Storage是每个合约持久化存储数据的地方其储存数据的方式是通过插槽来实现的，现在就具体介绍它是怎么实现的：

状态变量

1.对于大小在32字节以内的变量(常量)，以其定义的顺序作为它的索引值来存储。即第一个变量的索引为key(0)，第二个变量的索引为key(1)...

2.对于连续较小的值，可能被优化存储在同一个位置，比如：合约中前四个状态变量都是uint64类型的，则四个状态变量的值会被打包成一个32字节的值存储在0位置。

未优化：

pragmasolidity^0

??functionm()?externalreturns(uint256,uint256){????Infostorageinfo;????info

??functiontest(bytes32_name,address?_mappedAddress)public{????Personperson;????person.name=_name;????person.mappedAddress=_mappedAddress;????require(unlocked);?}}

漏洞合约分析：

可以看到该合约在函数部分创建新的结构体时没有进行初始化，由此我们可以利用该函数进行对owner的修改。不过使用该函数我们还要通过require验证，不过这也不难因为状态变量unlocked也同样在我们可控的范围内。

具体操作：

调用test函数分别传入向_name传入：0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001(真值)

_mappedAddress传入：0xfB89eCb0188cb83c220aADDa1468C1635208e821(个人地址)

传参前：

传参后：

可以看到已经成功更改了地址。

总结

可以看到EVM的存储器就是一个key=>value的健值数据库，存储的数据可以通过校验和来确保一致。但是其也是和智能合约语言进行交互的，当其中一些规则发生冲突很可能就被别有用心的人用来作恶，所以规范的使用智能合约语言是避开漏洞的必要条件。

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