TOK:[虛擬印鈔機] Popsicle Finance 雙花攻擊分析

北京時間2021年8月4日早上6點，PopsicleFinance項目下的多個機槍池被攻擊，損失金額超過兩千萬美元，是迄今為止DeFi領域發生的損失數額最大的單筆攻擊之一。通過分析攻擊交易及項目代碼我們發現，此次攻擊是一個利用項目的記賬漏洞進行多次提取的攻擊。下面我們通過代碼和攻擊流程分析此次攻擊。

代碼分析

PopsicleFinance是一個涉及多個鏈的機槍池。

用戶首先調用deposit函數向機槍池存入一定的流動性，并獲得PopsicleLPToken作為存款的份額證明。PopsicleFinance會將用戶提供的流動性存入Uniswap等底層池子并獲得收益。

用戶還可以調用withdraw函數，根據用戶持有的PLPToken所代表的流動性份額，從機槍池取回流動性。PopsicleFinance會將PLPToken對應的流動性從Uniswap等底層池子中取回給用戶。

最后，用戶在機槍池中存的流動性會隨著時間產生一定的收益，會累計在合約的用戶狀態中。用戶可以調用collectFees函數取回部分存款獎勵。

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本次攻擊的核心函數正是collectFees函數。下面我們逐步分析其代碼。首先獲得存儲在userInfo中的用戶狀態。其中用戶狀態中的token0Rewards和token1Rewards是由于用戶存款而累積的獎勵。

接下來計算該合約中，對應機槍池的Token對的Balance。如果在合約中有足夠的Balance，就按金額將Reward支付給用戶；否則會調用pool.burnExactLiquidity從底層pool取回流動性返回給用戶。

最后，會將記錄在userInfo中的Rewards狀態進行更新。看到這里，機槍池的代碼實現還是比較符合邏輯的。但是在函數開頭我們發現了updateVaultmodifier，這個函數會在collectFees的函數體之前運行，漏洞也許在updateVault相關的函數中。

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以上是updateVault相關函數的實現。過程如下：

首先調用_earnFees向底層pool獲取積累的Fee；

隨后調用_tokenPerShare更新token0PerShareStored和token1PerShareStored參數，這兩個參數代表了池子中每個share代表的token0和token1的數量，即機槍池的每個份額計代表的Token對數量；

最后調用fee0Earned和fee1Earned更新對應到這個用戶的存款Rewards。

以上是fee0Earned和fee1Earned函數的實現，兩個函數實現相同，都實現了這樣一個公式：

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

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也就是說，該函數會在原有的user.token0Rewards基礎上，根據用戶擁有的PLPToken數量計算應給用戶發放的Fee的份額。

但我們注意到這個函數是增量的，也就是說即使用戶并沒有持有PLPToken，該函數仍會返回保存在user.token0Rewards中記賬的存款獎勵。

因此對于整個合約，我們發現兩個重要的邏輯缺陷：

用戶的存款獎勵是記錄在user.token0Rewards和user.token1Rewards中的，并不與任何PLPToken或其他東西有任何形式的綁定。

用于取回存款收益的collectFees函數僅僅依賴于記賬的user.token0Rewards和user.token1Rewards狀態，即使用戶并未持有PLPToken，仍可以取出對應的存款獎勵。

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我們假想一個攻擊流程：

攻擊者向機槍池中存入一定的流動性，獲得一部分PLPToken。

攻擊者調用collectFees(0,0)，后者會更新攻擊者的存款獎勵，即狀態變量user.token0Rewards的值，但并沒有真正取回存款獎勵。

攻擊者將PLPToken轉給自己控制的其他合約，再調用collectFees(0,0)更新狀態變量user.token0Rewards。也就是說通過不斷地流轉PLPToken并調用collectFees(0,0)，攻擊者復制了這些PLPToken對應的存款獎勵。

最后，攻擊者從以上各個地址調用collectFees函數，取回真正的獎勵。此時雖然這些賬戶中并沒有PLPToken，但由于記賬在user.token0Rewards沒有更新，攻擊者因此得以取出多份獎勵。

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用現實生活中的例子來描述這個攻擊，相當于我向銀行存錢，銀行給了我一張存款憑證，但這張憑證沒有防偽措施也沒有和我綁定，我把憑證復印了幾份發給不同的人，他們每個人都憑借這個憑證向銀行取回了利息。

攻擊流程分析

通過以上的代碼分析，我們發現了PopsicleFinance在機槍池實現上的漏洞。下面我們對攻擊交易進行深入分析，看攻擊者是怎樣利用這個漏洞的。

攻擊者的總體流程如下：

攻擊者創建了三個交易合約。其中一個用于發起攻擊交易，另外兩個用于接收PLPToken并調用PopsicleFinance機槍池的collectFees函數取回存款獎勵。

通過閃電貸從AAVE借出大量流動性。攻擊者選擇了PopsicleFinance項目下的多個機槍池，向AAVE借出了對應這些機槍池的六種流動性。

進行Deposit-Withdraw-CollectFees循環。攻擊者一共進行了8次循環，分別攻擊了PopsicleFinance項目下的多個機槍池，取出了大量流動性。

向AAVE歸還閃電貸，并將獲利通過TornadoCash洗錢。

本次攻擊交易主要由數個Deposit-Withdraw-CollectFees循環構成，每一個循環的示意圖如上圖所示。根據我們的分析，邏輯如下：

攻擊者首先將閃電貸借來的流動性存入機槍池中，獲得一定量的PLPToken。

攻擊者將PLPToken轉給攻擊合約2。

攻擊合約2調用機槍池的collectFees(0,0)函數，設置合約2對應的user.token0Rewards和user.token1Rewards狀態。

攻擊合約2將PLPToken轉給攻擊合約3。

和攻擊合約2的操作類似，攻擊合約3調用機槍池的collectFees(0,0)函數，設置合約2對應的user.token0Rewards和user.token1Rewards狀態。

攻擊合約2將PLPToken轉回攻擊合約，后者調用機槍池的withdraw函數Burn掉PLPToken，取回流動性。

攻擊合約2和攻擊合約3調用collectFees函數，用虛假的tokenRewards狀態取回了存款獎勵。

根據我們的以太坊交易追蹤可視化系統給出的交易調用圖如下，其中部分重要交易用紅字進行標注：

利潤分析

本次攻擊一共獲利：2.56kWETH，96.2WBTC，160kDAI，5.39mUSDC，4.98mUSDT，10.5kUNI，獲利共計超過20,000,000美元。

在此次攻擊之后攻擊者通過首先通過Uniswap和WETH將攻擊獲得的其他token全部換成ETH，然后通過多次使用Tornado.Cash將ETH洗白。

BlockSec團隊以核心安全技術驅動，長期關注DeFi安全、數字貨幣反洗錢和基于隱私計算的數字資產存管，為DApp項目方提供合約安全和數字資產安全服務。團隊發表20多篇頂級安全學術論文(CCS,USENIXSecurity,S&P)，合伙人獲得AMiner全球最具影響力的安全和隱私學者稱號(2011-2020排名全球第六).研究成果獲得中央電視臺、新華社和海外媒體的報道。獨立發現數十個DeFi安全漏洞和威脅，獲得2019年美國美國國立衛生研究院隱私計算比賽(SGX賽道)全球第一名。團隊以技術驅動，秉持開放共贏理念，與社區伙伴攜手共建安全DeFi生態。

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