Una possibile strategia di attacco alla rete ethereum.
Di gbianchi bitcointalk.org
questo studio nasce da alcune osservazioni:
1) nella rete ethereum non esiste nessun concetto di "smart contract vietato", la rete e' permissionless
ossia qualsiasi utente puo' immettere in rete qualsiasi tipo di codice, basta che il codice sia formalmente corretto
e che paghi il caricamento e l'esecuzione del codice.
2) ogni "smart contract" si comporta by design come un virus, ossia se eseguito, viene eseguito automaticamente
su tutti i nodi, proprio in virtu' del principio di decentralizzazione, ogni nodo deve ri-eseguire il codice
per verificare il lavoro fatto dagli altri e giungere al consenso con gli altri nodi.
3) L'unico meccanismo per "governare" l'esecuzione del codice e' il fatto che l'esecuzione di qualsiasi
smart contract costa gas, proporzionale al numero di istruzioni eseguite ed al tipo di istruzioni.
4) gli smart contract vengono normalmente scritti in solidity, ma vengono poi compilati e tradotti in linguaggio
macchina EVM, e solidity da' la possibilita' di scrivere direttamente in linguaggio assembler della EVM.
5) Una volta immesso, il codice e' immutabile, quindi non vi e' modo di "togliere di mezzo" lo smart contract dalla rete,
a meno di un hard fork tipo DAO. Ma mentre Dao sfruttava un bug, qui viene utilizzata l'architettura di base di ethereum,
rendendo veramente difficile la progettazione di un hard fork abbastanza efficace.
In base a queste osservazioni, si puo' progettare uno smart contract "DeathStar" la cui esecuzione costi il meno possibile,
e che "bruci" ethereum solo per competere con gli altri smart contract sui vari nodi, e ottenere piu' risorse elaborative possibili,
rallentando e facendo stagnare l'esecuzione di tutti gli altri smart contract.
Un gruppo di attaccanti potrebbe essere incentivato per svariati motivi a bruciare ethereum per mettere in difficolta' la rete, ad esempio:
- ad esempio essere i sostenitori di un'altra moneta competitor,
- oppure organizzare uno short su ethereum prima dell'attacco, congestionare la rete ethereum e ricoprirsi a prezzi piu' bassi,
recuperndo i soldi dell'attacco e guadagnandoci
- mettere in difficolta' uno o piu' degli svariati smart contract che girano su ethereum
In generale qualsiasi persona o gruppo con sufficenti mezzi e con un qualsiasi tipo di interesse alla decadenza della rete ethereum
e/o degli smart contract che vi girano, potrebbe usare questa linea di attacco.
Descrizione tecnica di DeathStar
lo yellow paper di ethereum
https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf e' la fonte di informazioni ufficiale.
All'interno si trovano (tra tante al tre cose) la descrizione degli opcode EVM (Ethereum Virtual Machine)
e le tabelle del costo in gas di ogni opcode.
Emerge che ogni smart contract viene compilato e convertito in opcode EVM, e dalla tabella
"Appendix G FEE SCHEDULE" emerge che questi opcode hanno costi che vanno da 0 gas (opcode STOP, RETURN, REVERT)
fino a 20.000 gas o piu' per opcode di store di dati, 32.000 gas per la CREATE ecc.
Introduciamo ora il concetto di
costo medio per opcode. Uno smart contract e' composto da un insieme di opcode che
formano la logica dello smart contract stesso, quindi chiamate funzionali, operazioni logiche, calcoli, storage dei risultati ecc.
L'esecuzione di uno smart contract sara' quindi l'esecuzione di tante di questi opcode, dai vari costi, che portano alla fine
al costo totale dell'esecuzione.
supponiamo che uno smart contract esegua questi opcode:
10 da 3 gas, 5 da 8 gas uno da 700 gas e uno da 20.000 gas (le operazioni sullo storage sono molto costose).
avremo quindi un costo totale di 30+40+700+20.000=20770 gas per 17 opcode. Il costo medio per opcode sara'
quindi di 1221.76 gas.
Per essere lo smart contract piu' "competitivo" in temine di costo per opcode, DeathStar dovra' essere progettato attorno
ad un opcode che costi il meno possibile, per avere il minor costo medio per opcode possibile.
Non si possono usare gli opcode da costo 0 (STOP, RETURN, REVERT) in quanto tutti terminano l'esecuzione dello smart contract.
Quindi passiamo all'unico opcode al costo di 1 gas: JUMDEST. Jumpdest e' un opcode che non fa quasi nulla,
se non "Mark a valide destination for jump". non fa push e/o pop dallo stack, non fa nulla se non settare una posizione
dove poter saltare con una JUMP.
L'idea e' di wrappare una serie di opcode JUMPDEST in un loop, in modo tale da abbassare il piu' possibile costo medio per opcode
di esecuzione di questo loop, in modo da renderlo vicino ad 1 gas per opcode, target al quale nessuno smart
contract che implementa qualche logica' potra' mai neanche lontanamente arrivare.
Ma ricordiamo il nostro scopo non e' avere una logica (infatti da un punto di vista elaborativo questo codice non produce nulla, non ha una logica)
e' semplicemente avere il costo medio per opcode piu' basso possibile, per eseguire con una certa somma il maggior numero possibile di opcode che
"drenano" risorse elaborative dal network.
Ultima nota che ci serve sapere, e' che ethereum ha un criterio molto semplice per "interrompere" i loop infiniti: li termina quando
sono finiti i fondi. Quindi Caricando opportunamete di fondi lo smart contract, questo continuera' a girare, scalando un gas a opcode (in media)
in competizione con altri smart contract molto piu' costosi in termini di costo medio a opcode, che e' esattamente lo scopo
che ci eravamo prefissi: Avere uno smart contract che brucia ethereum al costo piu' basso possibile in competizione con gli altri smart
contract in esecuzione che avranno costi medi per opcode di gran lunga piu' alti.
Un "trucco" che ci aiuta ad ottenere il codice binario e' che nelle vecchie versioni di solidity (fino alla versione 0.4)
era possibile immettere in assembler delle tag per le istruzioni jump, e che queste tag erano implementate proprio con degli opcode JUMPSET,
quindi usando un compilatore solc della versione 0.4.x il codice si compila in un attimo.
Coincidenza vuole che questa tecnica di codifica non sia piu' possibile nei nuovi compilatori.
Codice di DeathStar:
pragma solidity ^0.4.0;
contract DeathStar
{
function DeathLoop() public
{
assembly
{
loop000:
loop001:
loop002:
loop003:
loop004:
loop005:
....
....
loop992:
loop993:
loop994:
loop995:
loop996:
loop997:
loop998:
loop999:
jump(loop000)
}
}
}
viene compilato cosi':
...
JUMPDEST
JUMPDEST
JUMPDEST
...
JUMPDEST
JUMPDEST
PUSH2 0x4F
JUMP
Con 1000 jumpdest (ogni tag loopxxx: genera una jumpdest) + una push (costo 3 gas) + una jump (costo 8 gas)
abbiamo 1002 opcode al costo di 1011 gas il costo medio per opcode del loop e' quindi attorno a 1,0089 gas.
Ipotizzando un costo gas di 36 Gwei, abbiamo un costo medio ad istruzione di 36,32 Gwei per opcode,
ossia con un ethereum possiamo eseguire ben 27.500.000 di opcode.
Notare che aggiungere piu' jumpdest allunga il codice ma migliora il costo medio per opcode in modo molto marginale,
non credo ne valga la pena.
Codice binario dello smart contract compilato:
Binary:
6060604052341561000c57fe5b5b6104688061001c6000396000f30060606040526000357c01000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff1680634b489b
321461003b575bfe5b341561004357fe5b61004b61004d565b005b5b5b5b5b5b5b5b5b5b5b5b5b5
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da5e1c3551ac3ae460029
Un ringraziamento ai ragazzi della comunita' italiana di bitcointalk.org (filippone, acquafredda, HostFat, jack0m ed altri)
che mi hanno dato spunti interessanti per la realizzazione di questo studio.
ditemi se si capisce e dove posso essere piu' chiaro.
dite se non volete essere citati.
acquafredda... te lo sai gia' vero che ti tocchera' di tradurlo?