DEPO:SMTChecker 檢查合約漏洞的超能力

譯文出自：登鏈翻譯計劃

譯者：翻譯小組

校對：Tiny熊

理論：什么是SMTChecker？

你是否敢打賭保證，你剛剛部署的合約沒有嚴重的漏洞嗎？如果你像我一樣，想必答案是一個響亮的不。

我在傳統的軟件工程中見過足夠多的黑客，知道你永遠不可能100%確定。這很可怕，但不同技術的組合使用可以讓我們相當接近到所需要的信心。

SMTChecker就是這樣給我信心的技術之一。

SMTChecker是一個對合約進行形式化驗證的工具：你定義一個規范，SMTChecker以證明該合約符合該規范。如果不符合，SMTChecker通常會給你一個具體的反例：一個破壞規范的交易序列。

最重要的是什么？如果你使用Solidity，你已經有了SMTChecker-它是Solidity編譯器的一部分。

不過它決不是一個無懈可擊的解決方案--驗證錯誤是慢的。最重要的是，要定義一個完整的規范是非常困難的。但即使如此，SMTChecker仍然值得一試。

以跳棋合約為例

該合約實現了一個計數器--一個在8x8棋盤上玩的跳棋游戲的棋子。

我們將設計一個LazyCounter：它不能移動，但可以通過捕獲(capture)相鄰的“支點”棋子，跳到對角線格子：如果當前在，想要支點棋子是，我最終會跳在，很簡單吧。

//SPDX-License-Identifier:MITpragmasolidity>=0

//////}

代碼很簡單：我們在一個給定的位置創建一個計數器。然后它可以捕捉其他棋子。

有趣的是最后一個函數(invariant)，它定義了一個在任何時候都必須保持的不變性。這個不變性很簡單--計數器不能離開棋盤。讓我們編譯合約，看看我們的不變性是否被破壞。

~/hide/smtchecker_demo???solc1

functionmove1()public{x=1;y=2;require(isValidPosition());}functionmove2()public{x=2;y=1;require(isValidPosition());}functionmove3()public{x=2;y-=1;require(isValidPosition());}functionmove4()public{x-=1;y-=2;require(isValidPosition());}functionmove5()public{x-=1;y=2;require(isValidPosition());}functionmove6()public{x-=2;y=1;require(isValidPosition());}functionmove7()public{x-=2;y-=1;require(isValidPosition());}functionmove8()public{x-=1;y-=2;require(isValidPosition());}functionget_to_7_7()publicview{assert(!(x==7&&y==7));}}

公告 | 火幣恢復ELA、RBTC和SMT充提業務:據火幣公告，火幣全球站現已恢復ELA，RBTC和SMT的充幣和提幣業務。[2019/8/12]

~/hide/smtchecker_demo???solc2

contractAMMPair{IERC20Metadatax;IERC20Metadatay;uint256xReserves;uint256yReserves;uint256totalSupply;constructor(IERC20Metadata_x,IERC20Metadata_y,uint256depositX,uint256depositY){require(_x

functionaddLiquidity(uint256depositX,uint256depositY)publicreturns(uint256){require(depositX!=0,"depositX!=0");require(depositY!=0,"depositY!=0");require(depositX*1e18/depositY==xReserves*1e18/yReserves,"unbalancing");uint256extraSupply=depositX*totalSupply/xReserves;xReserves=depositX;yReserves=depositY;totalSupply=extraSupply;x

}

我們可以添加什么樣不變性？不多--也許儲備不為空，僅此而已。

讓我們把不變性的定義擴展，稱之為動態不變性：知道執行addLiquidity之前和之后的狀態，我們可以斷言什么？

contractAMMPair{//..

}

注意結尾處的revert()--它確保了此不變函數沒有副作用，讓我們試試吧

~/hide/smtchecker_demo???solc--model-checker-enginechc--model-checker-show-unproved--model-checker-timeout0--model-checker-contracts3

公告 | 火幣全球站暫停SMT充提業務:據火幣官方公告，由于SMT主網升級，火幣全球站現已暫停SMT的充幣和提幣業務。[2019/8/9]

functionaddLiquidityStateChange(uint256depositX,uint256depositY)internalreturns(uint256){require(depositX!=0,"depositX!=0");require(depositY!=0,"depositY!=0");require((depositX*1e18)/depositY==(xReserves*1e18)/yReserves,"unbalancing");uint256extraSupply=(depositX*totalSupply)/xReserves;xReserves=depositX;yReserves=depositY;totalSupply=extraSupply;returnextraSupply;}functioninvariant1()publicview{assert(xReserves>0);assert(yReserves>0);}functioninvariantAddLiquidity(uint256depositX,uint256depositY)public{uint256oldSupply=totalSupply;uint256oldXReserves=xReserves;uint256supplyAdded=addLiquidityStateChange(depositX,depositY);assert(depositX/oldXReserves==supplyAdded/oldSupply);revert("alldone");}}contractAMMPairisAMMPairEngine{IERC20x;IERC20y;constructor(IERC20_x,IERC20_y,uint256depositX,uint256depositY)AMMPairEngine(depositX,depositY){require(_x

functionaddLiquidity(uint256depositX,uint256depositY)public{addLiquidityStateChange(depositX,depositY);x

公告 | 火幣全球站已暫停CMT/RBTC/SMT充提幣業務:火幣全球站宣布由于錢包升級，火幣全球站現已暫停CMT/RBTC/SMT的充幣和提幣業務，具體恢復時間將以公告形式另行通知。[2018/12/17]

}

AMMPairEngine有addLiquidityStateChange作為一個內部函數。它是由AMMPair調用的。AMMPairEngine唯一的公共函數是不變性函數。如果我們不希望它們出現在部署的代碼中，則它們可以被移到AMMPairEngineTestisAMMPairEngine合約中。

~/hide/smtchecker_demo???timesolc--model-checker-enginechc--model-checker-show-unproved--model-checker-timeout0--model-checker-contracts3.sol:AMMPairEngine3.solWarning:CHC:Divisionbyzerohappenshere.Counterexample:xReserves=2,yReserves=2,totalSupply=0depositX=1depositY=1oldSupply=0oldXReserves=1supplyAdded=0Transactiontrace:AMMPairEngine.constructor(1,1)State:xReserves=1,yReserves=1,totalSupply=0AMMPairEngine.invariantAddLiquidity(1,1)AMMPairEngine.addLiquidityStateChange(1,1)--internalcall-->3.sol:117:43:|117|assert(depositX/oldXReserves==supplyAdded/oldSupply);|^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^Warning:CHC:Assertionviolationhappenshere.-->3.sol:117:9:|117|assert(depositX/oldXReserves==supplyAdded/oldSupply);|^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^solc--model-checker-enginechc--model-checker-show-unproved03.sol7.11suser0.17ssystem98%cpu7.357total

SMT將在5月22日遷移服務器:SMT官方發布消息，將于2018年5月22日從0:00到01:00遷移應用服務器。在遷移過程中，應用程序將暫停服務，直到遷移完成為止。SMT現全球均價0.068美元，跌幅0.52%。[2018/5/21]

可以看到會出現除以0會導致違反斷言。反例使問題很明顯：合約創建者存入了1e-18的X和1e-18的Y代幣。這使得合約發行了0個LP代幣。我們將切換到36進制的數學，這應該可以解決這個問題。

contractAMMPairEngine{//...constructor(uint256depositX,uint256depositY){//...totalSupply=depositX*depositY;//removed'/1e18'}//...}

~/hide/smtchecker_demo???timesolc--model-checker-enginechc--model-checker-show-unproved--model-checker-timeout0--model-checker-contracts3.sol:AMMPairEngine3.solWarning:CHC:Assertionviolationmighthappenhere.-->3.sol:117:9:|117|assert(depositX/oldXReserves==supplyAdded/oldSupply);|^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^solc--model-checker-enginechc--model-checker-show-unproved03.sol75.19suser0.50ssystem99%cpu1:16.27total

注意這個變化：現在沒有除以0違反斷言的情況，現在是Assertionviolationmighthappenhere。這里表達了不確定。我需要做更多的調查以更好地了解這里發生了什么。

更新09/05/2021:LeoAlt指出，可能發生并不足以稱之為部分成功--而是SMTChecker真的很難證明這個斷言，所以我們不能真的依賴它。

SMT跌幅達13.16%:根據火幣交易平臺數據顯示,SMT最新成交價格為人民幣0.47元,24小時最高價達人民幣0.59元，最低價格為人民幣0.47元。24小時成交量35103455SMT，跌幅達13.16%。據悉，SmartMesh是一種用戶自主通信協議，通過該協議，智能手機用戶可以通過令牌來構建分散的網狀網絡。[2018/2/1]

WechatIMG386image-20210909173722020

順便說一句，你可以手動證明最后一個例子中的數學公式，但這顯然沒有擴展性，原代碼中有斷言違反，有一個反例：

1_H28r2hdKhCL9JAgarE53iA

證明新代碼中沒有違反斷言的情況：

1_F9k9Dwa8_Lba-4zTG68q9w

結論

當我們編寫合約的時候考慮到它，那每個人都可以享受到SMTChecke自動形式化驗證的好處。

我希望能花些時間深入研究SMTChecker，敬請關注。

其他的替代品

Manticore是一個符號執行引擎，可以做與SMTChecker類似的事情。一方面它是高度可編程的，但它做更少的事情。另一方面，這些事情是可實現的，另外我們對驗證過程有更多的控制

Echidna是一個模糊工具--使用類似于不變性的想法，隨機地試圖找到破壞它們的輸入。它并不能證明不變性的成立，但可以快速發現很多非邊緣案例的缺陷。Echidna使用與Manticore相同的語法，因此它們都可以并行使用。

Scribble采取了一種不同的方法--用動態不變性對每個函數進行注解。它使用自己的語言來描述不變性，并且可以用物化的不變性來記錄你的代碼。

大量的靜態分析/其他模糊分析工具--它們非常有用，但不在本文的討論范圍之內。

鳴謝

AlbertoCuestaCa?ada為上述大多數參考資料和最小AMM的想法。

本翻譯由CellETF贊助支持。

來源：https://medium.com/@sblowpckcr/smtchecker-almost-practical-superpower-5a3efdb3cf19

參考資料

登鏈翻譯計劃:https://github.com/lbc-team/Pioneer

翻譯小組:https://learnblockchain.cn/people/412

Tiny熊:https://learnblockchain.cn/people/15

SMTChecker:https://docs.soliditylang.org/en/v0.8.7/smtchecker.html

積極(aggressive):https://docs.soliditylang.org/en/v0.8.7/smtchecker.html#timeout

準確(accurate):https://docs.soliditylang.org/en/v0.8.7/smtchecker.html#constrained-horn-clauses-chc

這里:https://docs.soliditylang.org/en/v0.8.7/smtchecker.html#smt-and-horn-solvers

可以可以幫助發現重入問題:https://docs.soliditylang.org/en/v0.8.7/smtchecker.html#external-calls-and-reentrancy

LeoAlt:https://twitter.com/leonardoalt

你可以手動證明最后一個例子中的數學公式:https://github.com/sblOWPCKCR/smtchecker_demo/blob/main/z3.ipynb

Manticore:https://github.com/trailofbits/manticore

Echidna:https://github.com/crytic/echidna

Scribble:https://consensys.net/diligence/scribble/

AlbertoCuestaCa?ada:https://medium.com/u/8206cbb70805?source=post_page-----5a3efdb3cf19--------------------------------

CellETF:https://celletf.io/?utm_souce=learnblockchain

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