详解：区块链安全六大类型和智能合约三大问题
本文转载自微信公众号：阿尔法公社
一、导语
2018年8月6日，腾讯安全发布《2018上半年区块链安全报告》，报告显示，目前在全球范围内，已出现了1600余种加密数字货币，2018年上半年，区块链领域因安全问题损失超27亿美元，而且因区块链安全事件损失的金额还在不断攀升。从IOTA“邮件门事件”、USDT“假充值漏洞”、EOS“彩虹攻击”，到BEC与SMT“整数溢出攻击漏洞”、BTG“51%算力攻击”等等，这一系列的事件引发了大家的广泛关注与思考。
区块链安全威胁主要有哪些？为什么智能合约的安全问题如此重要，会引起这么多人关注？智能合约的安全类型有多少种？现在主流的安全监测方法有哪些？最有效的方法又是什么？大家如何能获得安全无漏洞的智能合约代码？针对这一系列问题，阿尔法公社（微信公众号：alphastartups）对安比实验室（SECBIT）创始人郭宇进行了采访，为大家系统介绍区块链行业安全问题及主流解决方案。
二、区块链安全六大类型
从安全角度来看，区块链技术可分为五层，相应安全问题则为六大类。
区块链2.0版本技术架构
第一层，密码学。密码学是区块链最底层的支撑技术，包含了哈希算法、数字签名、随机数等，如果这些密码学技术存在问题或者漏洞，那么基于此的整个区块链构建的信任将会坍塌。
虽然目前密码学技术已经颇为成熟，存在巨大漏洞的可能性比较小，但是仍然不排除一些项目存在问题。2017年7月15日，具有“物联网世界第一币”之称IOTA收到了麻省理工学院附属的学术研究组DCI的邮件，提醒IOTA团队，IOTA的哈希算法Curl-P存在弱点，DCI可以对该系统进行成功的攻击,窃取用户资金。虽然IOTA随后对DCI的邮件进行了质疑和反驳，到目前为止，也没有用户因为此漏洞而发生资金被盗的情况，但这一事件引起了大家对IOTA和其他项目在密码学技术安全上的关注。
第二层，用户私钥的生成、使用与保护。用户参与区块链的凭证是一对公私钥，每个人通过区块链产生交互行为的前提就是他拥有安全的私钥、并且能保管好自己的私钥，因此私钥的生成、试用与保护问题就非常重要。
今年7月，EOS就因私钥生成工具存在安全隐患，创建的私钥被黑客发现漏洞，并实施“彩虹”攻击，导致账户数字资产被盗，造成上千万数字资产损失。
第三层，节点系统安全漏洞。这一问题归属于传统安全范畴，比如区块链节点不能存在缓冲区溢出等传统的安全漏洞。另外区块链节点的实现要能忠实地正确实现区块链的共识协议；节点不能暴露不该暴露的API接口，导致黑客可以无障碍的获取一些节点关键信息。无论是以太坊还是EOS都曾经被爆出过比较严重的安全漏洞。这一部分安全也是至关重要的。
第四层，底层共识协议。目前市场上主流的区块链共识协议有以下几种，POW、POS、DPOS、PBFT。底层共识协议决定了区块链整个架构是否可信，能不能真正做到形成一个具有共识的区块链。现在真正被证明安全的共识协议并不多，因为共识协议本身无论从理论、还是从技术实现上都不简单。而经过长时间验证的共识协议是比较安全的，比如像比特币的POW。 共识协议有一个不可能实现的三角关系：安全、去中心化和效率，这三者只能同时实现两样。如果追求效率，要么牺牲去中心化，要么牺牲安全。
一个区块链系统的共识协议是不是安全这个问题至关重要。
理论上，基于底层共识协议创建的所有数字货币都是存在51%算力攻击风险。今年上半年，就有至少4种数字货币分别受到了51%算力攻击，分别是Monacoin 、Bitcoin Gold、Verge和Electroneum，给用户造成数千万美元损失。
美剧《硅谷》中“51%算力攻击”
第五层，智能合约。智能合约是一套以数字形式定义的承诺(promises)，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。任何参与方都能在应用层创建合约，也就是所谓的DAPP（去中心化应用）。这也是目前出现安全问题最多的地方。
智能合约安全隐患包含了三个方面：第一，有没有漏洞。合约代码中是否有常见的安全漏洞。第二，是否可信。没有漏洞的智能合约，未必就安全，合约要保证公平可信。 第三，符合一定规范和流程。由于合约的创建要求以数字形式来进行定义承诺，所以如果合约的创建过程不够规范，就容易留下巨大的隐患。
目前市场上很多智能合约均存在安全漏洞问题，比如，6月3日，安比实验室（SECBIT）发现Ethereum上出现81个合约带有相同错误，ERC20 Token合约中的transferFrom函数存在巨大隐患，一旦部署后出现问题，将造成不可挽回的损失；6月6日，安比实验室（SECBIT）发现ERC20代币合约FXE由于业务逻辑实现漏洞，任何人都可以随意转出他人账户中的Token，Token随时面临彻底归零风险。
作为区块链行业从业者、智能合约使用者或是加密货币拥有者，应该学习相应的密码学和智能合约编程知识，切不可随意复制使用涉及资金安全的合约和公私钥等的代码。如果恶意攻击者，将带有严重漏洞的代码公开在网络上进行传播，诱导技术开发能力欠缺的组织使用，将会给使用者造成毁灭性打击和不可挽回的损失。
第六层，激励机制设计。智能合约要完成协作，通常是要设计相应的经济激励机制。经济激励是区块链技术里面非常有突破性的一个概念。一个真正健康有活力的区块链生态，需要一个很好的激励机制。但是经济激励设计得不够安全，可能生态就无法建设起来，比如典型的类庞氏游戏，这一点大家要警惕。
三、智能合约三大问题
前面介绍的六层区块链安全问题，都是依托相应的技术层级来划分的，越底层的技术越稳定，比如密码学从一开始选定之后，就不会轻易改动。
智能合约由于比较灵活，任何人都可以创建，所以相对容易出安全问题。
任何用户都能创建一个有共识基础的合约，就好像是每个老百姓都可以基于某部法律写一份合同，这个法律是一种共识机制（平台），这个合同也是有内在的约束条款，使用DAPP就像签订合同，所有行为都要按照这个合同条款执行。因此，智能合约的安全隐患，直接关系到用户的财产损失。
到目前为止，安比实验室（SECBIT）发现了市场上智能合约的三大问题：
第一，以整数溢出为代表的安全漏洞。安全漏洞通常是被写代码的人不小心引入的，它可能引起合约某些功能部件失效，最严重的情况，可能导致黑客攻击、用户丢币、甚至黑客凭空造出来很多的币。比如BEC、SMT、EDU，曾经就因整数溢出安全漏洞，被黑客攻击从而导致币值归零。
第二，智能合约权限控制。一般智能合约里会设置一个管理员，管理员一般拥有超级权限，这类合约的安全隐患比较大，因为一旦管理员的私钥被盗用，很容易造成巨大损失。据安比实验室（SECBIT）不完全统计，排名前570名的Token合约中，有342个合约存在只有管理员能调用的功能（Only Owner），不少合约更存在管理员任意铸币、烧币、冻结账户、关停转账等过高权限 。
今年7月10日，加密货币交易平台Bancor称遭到攻击，丢失了当时折算法币金额为1250万美金的以太坊、1000万美金的Bancor 代币和100万美金的Pundix代币。经过我们分析发现，这次Bancor平台被盗事件就是与BancorConverter合约有关，攻击者（黑客/内鬼）通过获取了管理员账户的私钥，借用管理员身份盗走用户的Token，给用户造成巨大损失。
第三，规范性问题。现在很多智能合约的实现并没有统一的规范。智能合约是以交互的方式多人协作，如果合约不规范，容易导致不同人对合约的行为产生误解，从而出现大量的安全问题。
比如，今年陆续爆出的“假充值”事件，包括以太坊代币、USDT等，根据一家机构进行的不完全统计显示，市场上的单代币合约有3619 份存在“假充值”漏洞风险，其中不乏知名代币。
正常情况下，充值过程中转账不成功，账户将无法充值，账户余额仍然是0。但如果合约存在“假充值”漏洞，在转账不成功的时候，系统并不会显示充值失败（值），交易所就会误判结果为充值成功。如果有黑客发现这一漏洞，就会一直进行“假”充值，之后再把这笔钱提出，给交易所带来直接损失。
四、形式化验证的重要性
目前，市场上针对智能合约安全问题的检验方式主要有三种，第一是测试，第二是审计，第三是形式化验证。测试需要程序自动跑，通过各种可能性的输入，检测是否存在整数溢出漏洞等问题。但这个测试通常不可能百分之百覆盖，一定会有遗漏存在。审计就是靠专家的专业知识去审核，但再专业的专家也可能会有疏漏。前两种传统的方式，并不能保证合约中没有漏洞，但形式化验证能做到这一点。
形式化验证可以解决三类问题，第一类是安全无漏洞：通过数学推理的方法，捕捉、覆盖合约的所有行为，覆盖所有可能性，从而保证合约没有漏洞。第二类是可信：公开透明。合约的创建者不仅要说明白干了什么事，还要向大家证明代码确实是这么干的。这个也是目前只能用形式化验证才能做得到。第三类是规范性问题。前面提到的假充值漏洞，就是因为以太坊的ERC20规范，写得非常模糊、不完整。那怎么样能写完整呢？这就要求合约的规范就不能用自然语言，或文字描述，而是应该引入形式化规范，用一种数学逻辑语言来严格定义。
形式化验证在工业界、尤其是安全系统相关领域，已经有了大量应用案例，比如航空航天、高铁、核电等行业，都有专门的团队提供形式化验证服务，其作用与效果早就得到了安全行业专家的认可。
目前，形式化验证包括模型检验和演绎推理两种。安比实验室（SECBIT）在演绎推理方面积累了十几年的科研成果和工程经验，技术在全球比较领先。
相对权威和安全的公司，比如Zeppelin和以太坊官网都曾经公布过有问题的智能合约代码。如果能有一个更可信，不依赖权威的智能合约代码库，开放给所有人使用，将能很好地解决这个问题。在这方面，安比实验室（SECBIT）已经做了大量工作，并且目前建立全球第一家可信的开源智能合约代码库，方便大家免费使用。