KEN:[虚拟印钞机] Popsicle Finance 双花攻击分析_TOK

北京时间2021年8月4日早上6点，PopsicleFinance项目下的多个机池被攻击，损失金额超过两千万美元，是迄今为止DeFi领域发生的损失数额最大的单笔攻击之一。通过分析攻击交易及项目代码我们发现，此次攻击是一个利用项目的记账漏洞进行多次提取的攻击。下面我们通过代码和攻击流程分析此次攻击。

代码分析

PopsicleFinance是一个涉及多个链的机池。

用户首先调用deposit函数向机池存入一定的流动性，并获得PopsicleLPToken作为存款的份额证明。PopsicleFinance会将用户提供的流动性存入Uniswap等底层池子并获得收益。

用户还可以调用withdraw函数，根据用户持有的PLPToken所代表的流动性份额，从机池取回流动性。PopsicleFinance会将PLPToken对应的流动性从Uniswap等底层池子中取回给用户。

最后，用户在机池中存的流动性会随着时间产生一定的收益，会累计在合约的用户状态中。用户可以调用collectFees函数取回部分存款奖励。

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本次攻击的核心函数正是collectFees函数。下面我们逐步分析其代码。首先获得存储在userInfo中的用户状态。其中用户状态中的token0Rewards和token1Rewards是由于用户存款而累积的奖励。

接下来计算该合约中，对应机池的Token对的Balance。如果在合约中有足够的Balance，就按金额将Reward支付给用户；否则会调用pool.burnExactLiquidity从底层pool取回流动性返回给用户。

最后，会将记录在userInfo中的Rewards状态进行更新。看到这里，机池的代码实现还是比较符合逻辑的。但是在函数开头我们发现了updateVaultmodifier，这个函数会在collectFees的函数体之前运行，漏洞也许在updateVault相关的函数中。

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以上是updateVault相关函数的实现。过程如下：

首先调用_earnFees向底层pool获取积累的Fee；

随后调用_tokenPerShare更新token0PerShareStored和token1PerShareStored参数，这两个参数代表了池子中每个share代表的token0和token1的数量，即机池的每个份额计代表的Token对数量；

最后调用fee0Earned和fee1Earned更新对应到这个用户的存款Rewards。

以上是fee0Earned和fee1Earned函数的实现，两个函数实现相同，都实现了这样一个公式：

user.token0Rewards=PLP.balanceOf(account)*(fee0PerShare-user.token0PerSharePaid)/1e18

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也就是说，该函数会在原有的user.token0Rewards基础上，根据用户拥有的PLPToken数量计算应给用户发放的Fee的份额。

但我们注意到这个函数是增量的，也就是说即使用户并没有持有PLPToken，该函数仍会返回保存在user.token0Rewards中记账的存款奖励。

因此对于整个合约，我们发现两个重要的逻辑缺陷：

用户的存款奖励是记录在user.token0Rewards和user.token1Rewards中的，并不与任何PLPToken或其他东西有任何形式的绑定。

用于取回存款收益的collectFees函数仅仅依赖于记账的user.token0Rewards和user.token1Rewards状态，即使用户并未持有PLPToken，仍可以取出对应的存款奖励。

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我们假想一个攻击流程：

攻击者向机池中存入一定的流动性，获得一部分PLPToken。

攻击者调用collectFees(0,0)，后者会更新攻击者的存款奖励，即状态变量user.token0Rewards的值，但并没有真正取回存款奖励。

攻击者将PLPToken转给自己控制的其他合约，再调用collectFees(0,0)更新状态变量user.token0Rewards。也就是说通过不断地流转PLPToken并调用collectFees(0,0)，攻击者复制了这些PLPToken对应的存款奖励。

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最后，攻击者从以上各个地址调用collectFees函数，取回真正的奖励。此时虽然这些账户中并没有PLPToken，但由于记账在user.token0Rewards没有更新，攻击者因此得以取出多份奖励。

用现实生活中的例子来描述这个攻击，相当于我向银行存钱，银行给了我一张存款凭证，但这张凭证没有防伪措施也没有和我绑定，我把凭证复印了几份发给不同的人，他们每个人都凭借这个凭证向银行取回了利息。

攻击流程分析

通过以上的代码分析，我们发现了PopsicleFinance在机池实现上的漏洞。下面我们对攻击交易进行深入分析，看攻击者是怎样利用这个漏洞的。

攻击者的总体流程如下：

攻击者创建了三个交易合约。其中一个用于发起攻击交易，另外两个用于接收PLPToken并调用PopsicleFinance机池的collectFees函数取回存款奖励。

通过闪电贷从AAVE借出大量流动性。攻击者选择了PopsicleFinance项目下的多个机池，向AAVE借出了对应这些机池的六种流动性。

进行Deposit-Withdraw-CollectFees循环。攻击者一共进行了8次循环，分别攻击了PopsicleFinance项目下的多个机池，取出了大量流动性。

向AAVE归还闪电贷，并将获利通过TornadoCash。

本次攻击交易主要由数个Deposit-Withdraw-CollectFees循环构成，每一个循环的示意图如上图所示。根据我们的分析，逻辑如下：

攻击者首先将闪电贷借来的流动性存入机池中，获得一定量的PLPToken。

攻击者将PLPToken转给攻击合约2。

攻击合约2调用机池的collectFees(0,0)函数，设置合约2对应的user.token0Rewards和user.token1Rewards状态。

攻击合约2将PLPToken转给攻击合约3。

和攻击合约2的操作类似，攻击合约3调用机池的collectFees(0,0)函数，设置合约2对应的user.token0Rewards和user.token1Rewards状态。

攻击合约2将PLPToken转回攻击合约，后者调用机池的withdraw函数Burn掉PLPToken，取回流动性。

攻击合约2和攻击合约3调用collectFees函数，用虚假的tokenRewards状态取回了存款奖励。

根据我们的以太坊交易追踪可视化系统给出的交易调用图如下，其中部分重要交易用红字进行标注：

利润分析

本次攻击一共获利：2.56kWETH，96.2WBTC，160kDAI，5.39mUSDC，4.98mUSDT，10.5kUNI，获利共计超过20,000,000美元。

在此次攻击之后攻击者通过首先通过Uniswap和WETH将攻击获得的其他token全部换成ETH，然后通过多次使用Tornado.Cash将ETH洗白。

BlockSec团队以核心安全技术驱动，长期关注DeFi安全、数字货币反和基于隐私计算的数字资产存管，为DApp项目方提供合约安全和数字资产安全服务。团队发表20多篇顶级安全学术论文(CCS,USENIXSecurity,S&P)，合伙人获得AMiner全球最具影响力的安全和隐私学者称号(2011-2020排名全球第六).研究成果获得中央电视台、新华社和海外媒体的报道。独立发现数十个DeFi安全漏洞和威胁，获得2019年美国美国国立卫生研究院隐私计算比赛(SGX赛道)全球第一名。团队以技术驱动，秉持开放共赢理念，与社区伙伴携手共建安全DeFi生态。

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