CHA:[阿喀琉斯之踵] Poly Network攻击关键步骤深度解析_AIN

0x0.前言

北京时间2021年8月10日，跨链桥项目PolyNetwork遭遇攻击，损失超过6亿美金。虽然攻击者在后续偿还被盗数字货币，但是这仍然是区块链历史上涉及金额最大的一次攻击事件。由于整个攻击过程涉及到不同的区块链平台，并且存在合约以及Relayer之间的复杂交互，对于攻击的完整过程和漏洞的根本原因，现有分析报告并未能梳理清楚。

整个攻击分为两个主要阶段，包括修改keeper签名和最终提币。对于第二阶段，由于keeper签名已经被修改，因此攻击者可以直接构建恶意提币交易，具体可以参见我们之前的报告。然而对于修改keeper签名的交易是如何最终在目标链执行的，目前并没有详细的文章阐明。而这一步是攻击的最核心步骤。

本报告从修改keeper签名交易入手(Ontology链上交易0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，分析了背后的原理和漏洞的本质。我们发现以下几个原因是Keeper能被修改的原因：

源链上(Ontology)的relayer没有对上链的交易做语义校验，因此包含修改keeper恶意交易可以被打包到polychain上目标链上(以太坊)上的relayer虽然对交易做了校验，但是攻击者可以直接调用以太坊上的EthCrossChainManager合约最终调用EthCrossChainData合约完成签名修改攻击者精心够着了能导致hash冲突的函数签名，从而调用putCurEpochConPubKeyBytes完成对签名的修改0x1.涉及交易和合约

整个过程中的交互流程如下：

Ontology交易->OntologyRelayer->PolyChain->EthereumRelayer->Ethereum以太坊

BTC突破35600美元关口 日内涨幅为6.84%:火币全球站数据显示，BTC短线上涨，突破35600美元关口，现报35605.93美元，日内涨幅达到6.84%，行情波动较大，请做好风险控制。[2021/5/24 22:38:16]

0x838bf9e95cb12dd76a54c9f9d2e3082eaf928270:EthCrossChainManager0xcf2afe102057ba5c16f899271045a0a37fcb10f2:EthCrossChainData0x250e76987d838a75310c34bf422ea9f1ac4cc906:LockProxy0xb1f70464bd95b774c6ce60fc706eb5f9e35cb5f06e6cfe7c17dcda46ffd59581:修改keeper的交易Ontology

0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c:修改keeper的交易Poly

0x1a72a0cf65e4c08bb8aab2c20da0085d7aee3dc69369651e2e08eb798497cc80:修改keeper的交易0x2.攻击流程

整个攻击大致可以分为三个步骤。第一个步骤是在Ontology链生成一条恶意交易(0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，第二个步骤是修改以太坊EthCrossChainData合约中的keeper签名，第三个步骤构造恶意交易发起最终攻击和提币。

0x2.1步骤一

攻击者首先在Ontology发起了一笔跨链交易，里面包含了一个攻击payload:

算法稳定币今日平均跌幅为0.01%:金色财经行情显示，算法稳定币今日平均跌幅为0.01%。8个币种中4个上涨，4个下跌，其中领涨币种为：LUNA(+23.04%)、FRAX(+3.32%)、RSR(+0.95%)。领跌币种为：ONS(-16.88%)、AMPL(-5.42%)、BAGS(-4.14%)。[2021/2/8 19:13:43]

可以看出交易包含了精心设计的函数名，目的在于通过造成哈希冲突的方式调用putCurEpochConPubKeyBytes函数。关于哈希函数冲突的细节在网络上已有很多讨论，可以参考.

随后，该笔交易被OntologyRelayer接收，注意这里并没有很严格的校验。该交易会通过Relayer在PolyChain成功上链。EthereumRelayer会感知到新区块的生成。

然而，这笔交易被EthereumRelayer拒绝了。原因在于EthereumRelayer对目标合约地址有校验，只允许LockProxy合约作为目标地址，而攻击者传入的是EthCrossChainData地址。

因此，攻击者攻击之路在此中断。但如前所述，包含恶意payload的攻击交易已经在PolyChain成功上链，可被进一步利用。

0x2.2步骤二

攻击者手动发起交易，调用EthCrossChainManager合约中的verifyHeaderAndExecuteTx函数，将之前一步保存在PloyChain区块中的攻击交易数据作为输入。由于该区块是polychain上的合法区块，因此可以通过verifyHeaderAndExecuteTx中对于签名和merkleproof的校验。然后执行EthCrossChainData合约中的putCurEpochConPubKeyBytes函数，将原本的4个keeper修改为自己指定的地址。

数据：比特币交易费较10月31日下降约73%:Decrypt发文称，当比特币价格上涨时，发送比特币的成本通常会增加。然而，尽管目前比特币正迅速接近历史最高水平，但交易费用仍然较低，远低于2017年价格反弹时的水平。BitInfoCharts数据显示，目前进行一笔比特币交易的平均成本为3.5美元，相较10月31日的平均13.15美元降低了73%。专家认为，虽然越来越多的人在购买比特币，但他们并没有进行交易，比如PayPal和MicroStrategy这类大型科技公司只是购买并持有比特币。此前在10月31日，比特币交易费用升至2018年1月以来的最高水平。[2020/11/25 22:00:45]

0x2.3步骤三

在keeper被修改之后，攻击者直接调用目标链上的verifyHeaderAndExecuteTx函数,最终调用至Unlock函数，大量地转移资金，给项目方带来了严重的损失。具体的攻击细节可参考我们之前的报告。

0x3.Relayer代码分析

在本攻击过程中，Ontology方和以太坊方均有Relayer负责将来自Ontology的交易在polyChain上链，以及将polychain上的交易放到以太坊。这两个Relayer是由Go语言实现的服务进程。

然而我们发现，这两个Relayer都缺乏有效的校验。这导致

攻击者可以在Ontology构造一条恶意的跨链交易，并且成功打包到polychain上。虽然在以太坊的Relayer具有校验功能，但是攻击者可以直接同以太坊上的链上合约进行交互，直接执行恶意的函数。0x3.1OntologyRelayer完全信任来自Ontology上的跨链交易

PolyNetwork的?ont_relayer(https://github.com/polynetwork/ont-relayer)?负责监听Ontology链上的跨链交易并将其打包入传入PolyChain.

ETH突破510美元关口 日内涨幅为7.28%:火币全球站数据显示，ETH短线上涨，突破510美元关口，现报510.01美元，日内涨幅达到7.28%，行情波动较大，请做好风险控制。[2020/11/20 21:32:18]

注：

在OntologyRelayer中，Side指OntologyChain;Alliance指PolyChain.CrossChainContractAddress是Ontology链上原生编号为09的智能合约.

上图中，OntologyRelayer启动时开启三个Goroutines分别负责监听OntologyChain和PolyChain的跨链交易，以及对PolyChain上的跨链交易做状态检查。在本报告中，我们只关注69行的监听Side的代码逻辑。

在上图中，OntologyRelayer调用Ontology链提供的RPC接口（第215行，调用SDK函数GetSmartContractEventByBlock)获取区块中触发的智能合约事件;然后在第228和232行表明OntologyRelayer只监听OntologyChain上由CrossChainContractAddress触发的makeFromOntProof事件;

近30天比特币搜索指数整体同比上升201%:金色财经报道，百度指数数据显示，近30天区块链搜索指数整体日均值为5993，整体同比上升30%，移动同比上升23%；近30天比特币搜索指数整体日均值为45732，整体同比上升201%，移动同比上升232%。近30天以太坊搜索指数整体日均值为5041，整体同比上升35%，移动同比上升43%。[2020/3/25]

上图中，在处理OntologyChain上的跨链交易时，OntologyRelayer总共做了五次校验，分别是两次向OntologyChain发送的RPC请求校验(check1和check4),以及三次参数是否为空的校验(check2,check3,和check5)。这五次校验都属于常规校验，并未对来自OntologyChain上的跨链交易做语义上的校验;第167和171行取出了在目标链上执行所需要的交易参数信息;第183行向PolyChain发送交易;

OntologyRelayer在构造了PolyChain上的交易后便向PolyChain发起RPC请求发送交易（第164行，函数调用SendTransaction);

这个名为ProcessToAliianceCheckAndRetry的Goroutine也仅仅是做了重发失败交易的工作，仍然未对来自OntologyChain上的跨链交易做任何语义上的校验。

至此，我们可以看出ont-relayer监听所有来自OntologyChain由CrossChainContractAddress触发的makeFromOntProof事件，并未对其做任何语义上的校验，便向PolyChain转发了交易。而任何人向Ontology发送的任何跨链交易都会触发CrossChainContractAddress的makeFromOntProof事件，所以OntologyRelayer会将所有来自Ontology上的跨链交易都转发到Polychain上。

0x3.2EthereumRelayer中的无效校验

EthereumRelayer?负责监听PolyChain并将目标链为Ethereum的跨链交易转发到Ethereum上。

EthereumRelayer启动一个Goroutine来监控PolyChain;

EthereumRelayer监听所有PolyChain上目标链为Ethereum的跨链交易;EthereumRelayer会校验跨链交易的目标合约是否为config.TargetContracts中指定的合约之一，如果不是则不会发送这笔跨链交易到Ethereum上。

虽然EthereumRelayer对PolyChain上的跨链交易做了部分校验，比如限制了目标合约，但是与PolyChain不同，任何人都可以向Ethereum上的EthCrossChainManager合约发送交易。换句话说，EthereumRelayer在这里做的校验没有实际的意义，只要包含恶意payload的跨链交易被成功打包进了PolyChain,那么任何人都可以直接使用已经打包好的区块数据将payload发送到以太坊EthCrossChainManager合约并执行。

攻击者正是利用了上述两个缺陷，完成了0x2攻击流程中的步骤一和步骤二（0x2.1和0x2.2)

0x4.写在最后

通过对整个攻击流程的完整梳理和详尽分析，我们认为Relayer的不完整校验是攻击得以发生的根本原因。其它方面则更多地属于比较精彩的攻击技巧。总而言之，跨链的校验和鉴权是跨链系统安全的关键所在，值得社区付出更多的努力。

参考文献

?https://blocksecteam.medium.com/the-initial-analysis-of-the-polynetwork-hack-270ac6072e2a

?https://twitter.com/kelvinfichter/status/1425290462076747777

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