God.Game 漏洞复盘：跑路还是黑客攻击？

安比实验室 安比技术社区 2018-08-24 11:26

8 月 22 日，一个名不见经传的游戏 God.Game 发出通告，声称遭遇黑客攻击，游戏内的以太币被黑客全部转走。这一消息一时间传遍各大媒体以及讨论群，人们在质疑相关游戏安全性之余，也在揣测项目方动机，一时间难以分清到底是黑客攻击，还是游戏开发方留有后门跑路。

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安比（SECBIT）实验室的小伙伴在得到消息后，迅速开展了追踪分析。

God.Game 简单规则如下：GOD 股份购买的所有数量的 10％ 被征税并且作为被动的 ETH 收入分配给所有GOD所有者。

通过游戏官网规则，以及合约源码分析，不少人会认为 God.Game 是 PoWH3D 的直接仿品，安比（SECBIT）实验室仔细分析后发现，它其实是综合“借鉴” PoWH3D 和 Zethr 的混合仿品。

PoWH3D 是最近大热的 Fomo3D 游戏团队上一款作品。而 Zethr 则是在 PoWH3D 基础上进一步开发优化，新增不同玩法的另一款热门游戏。二者在玩法规则层面的细节差别，这里不做讨论。

God.Game 游戏漏洞本身不复杂，不少安全公司也发出相关攻击手法的短篇快讯消息，部分不够详尽，安比（SECBIT）实验室通过本文全面分析该漏洞，重点分享漏洞追踪和定位的详细过程与大家讨论交流。


疑点
一
攻击是无意还是刻意


一下子提走合约内所有以太币的人，是参与游戏过程中无意发现了漏洞，还是刻意进行的操作？

安比（SECBIT）实验室认为是后者，因为分析下来，该漏洞虽然隐藏不是很深，但实际触发需要一系列组合操作（类似玩游戏按上上下下左左右右开启作弊），正常游戏玩家的普通参与几乎不可能触发漏洞。安比（SECBIT）实验室分析攻击者的交易记录，发现其手段十分娴熟，目的性极强，明显是奔着该漏洞而来。


疑点
二
攻击者的时机选择


攻击者为什么恰好选择在奖池金额 243 个以太币时发动攻击？

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上面是游戏合约账户余额趋势图，横坐标是区块高度，纵坐标是 God.Game 合约账户余额。此图可反映随着时间推进，入场资金情况。安比（SECBIT）实验室发现，God.Game 合约部署上线后，合约资金量长期一直在 50 以太币以下，但在 6179500 区块高度以后，入场资金开始猛增到接近 260 个以太币（大量韭菜入场），随后略有衰退（一部分人选择提现退出），进入一段很长的调整停滞期。

无论是 Fomo3D 还是 PoWH3D，这类庞氏游戏最早期入场资金优势都很大，可以较快速回本。后续只有在持续大规模地运营宣传下，才可能有大量新资金入场参与游戏。因此游戏第一时间内的入场资金，基本决定了游戏资金量的总体规模。

而攻击者正是在资金规模就快回升到前期高点时，果断出击，利用漏洞果断提走游戏内的所有以太币。于是形成了上图类似“高台跳水”的有趣情景。

这蹊跷的手法、这迷人的走势是不是有些眼熟？


疑点
三
是漏洞还是后门


到底是无意引入的漏洞还是刻意暗留的后门？

前面提到，God.Game 游戏代码重度参考了 PoWH3D 和 Zethr。而与漏洞相关的关键函数名 transferFromInternal() 只在 Zethr 合约代码中有出现。

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上图所示问题代码，“创新”地增加了一组关于转账双方是合约、还是普通账户的分支情况处理。面对这一串冗长的代码，只要清楚 PoWH3D 工作原理，就很容易能发现此处代码逻辑根本说不通，也无法在游戏实际规则中找到适配点。并且这种根据账户类型分别处理账本的逻辑在原版 PoWH3D 和 Zethr 中根本没有出现。

God.Game 代码此处函数命名仿照了 Zethr，但是具体变量名却是仿造 Fomo3D，代码风格十分诡异。可以推断以下两种情况：代码作者有可能是因为没有理解 PoWH3D 游戏机制引入了漏洞；也有可能是故意增加代码混乱度来迷惑他人，以达到埋藏后门之目的。

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特别地，安比（SECBIT）实验室还发现同样是 transferFromInternal() 函数，God.Game 代码中唯一与 Zethr 相近的地方，就是上图示例中针对 ERC223 代码做的回落处理，似乎是想通过引入此段代码（需要判断目标地址是否是合约）来为前面提到的不合逻辑代码打掩护。


飚升的 Token 售价
异常

下面让我们进入安比（SECBIT）实验室安全研究员 sha3 的第一视角，让 TA 为你拨开漫漫迷雾找出漏洞。

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Good Luck Have Fun.

我们首先进入游戏首页，发现单个God token的售价已经飙升至300ETH，而被God.Game抄袭的火爆原版游戏PoWH3D的单价才0.02ETH，面对不寻常的数值，敏感的安比（SECBIT）实验室小伙伴首先怀疑该游戏合约可能存在整数溢出漏洞。

为了考证我们的想法，我们想到了回溯God.Game过往的售价变化过程（感谢区块链技术，让我们无法消灭历史），寻找在何处触发了整数溢出漏洞。

通过遍历区块历史数据，发现在6182409高度时，buyPrice/sellPrice等数据飙升，于是我们便仔细分析该区块中和God.Game相关的交易。

分析发现，在6182409区块中，唯一和God.Game产生关联的交易是0x368688a944059fdd657e7842d8762b05250bd45f3a2a16cbae1b29727023b00f。

在该交易中，0x2368Beb4调用0x7f325EfC的reinvest()后，继而调用了0xca6378fc中的reinvest()，（通过简单的逆向分析，我们暂时认为0x7f325EfC是一个简单的代理合约，实现了God.Game游戏的基本接口）。


   定位到攻击源  
一番操作

我们不禁问道，为何调用一次reinvest()就可以将游戏中的各个数据全部暴增，我们怀疑创建这个合约的账户就是攻击者。

顺着这条线索，我们观察到这个合约的创建者，即0x2368Beb4，在6182409高度之前通过合约0x7f325EfC进行了另外几次操作。

具体操作历史如下：

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再看看reinvest()函数调用时产生的event。

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我们看到了0000000000000000fffffffffffffffffffffffffffffffffffcf2ac578ec8d9这个极像溢出的值。

随即我们打开God.Game源代码，搜寻其中的蛛丝马迹。

我们将目标锁定到reinvest()函数。

function reinvest()
onlyProfitsHolders()
public
{
    // fetch dividends
    uint256 _dividends = myDividends(false);
    // retrieve ref. bonus later in the code
    // pay out the dividends virtually
    address _customerAddress = msg.sender;
    payoutsTo_[_customerAddress] += (int256) (_dividends * magnitude);
    // retrieve ref. bonus
    _dividends += referralBalance_[_customerAddress];
    referralBalance_[_customerAddress] = 0;
    // dispatch a buy order with the virtualized "withdrawn dividends"
    uint256 _tokens = purchaseTokens(_dividends, 0x0);
    // fire event
    emit onReinvestment(_customerAddress, _dividends, _tokens);
}

首先大概浏览一下reinvest()函数主体，仅有两个简单的加法，但是通常在减法溢出中会出现巨型整数，我们便开始探索reinvest()调用的函数。

首先引起我们注意的便是myDividends(false)函数，由于参数传入了false，我们就直接研究它最终调用的函数dividendsOf(_customerAddress)。

function dividendsOf(address _customerAddress)
view
public
returns (uint256)
{
    return (uint256) ((int256)(profitPerShare_ * tokenBalanceLedger_[_customerAddress]) - payoutsTo_[_customerAddress]) / magnitude;
}

Aha，看到减法了！

会不会就是在这里发生了溢出呢？


 精确找到溢出点 
历史回放

带着这样的疑问，我们回溯了0x368688a944059fdd657e7842d8762b05250bd45f3a2a16cbae1b29727023b00f这笔交易的trace，我们跟着静态分析结果，直接在trace中将PC指针定位到了dividendsOf函数中。

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发现在0x0a8c指针处执行了sub指令，并且sub指令在栈上的两个参数分别为0和0x30d53a87137270000000000000000减法、除法执行完毕后栈顶变成了0xfffffffffffffffffffffffffffffffffffcf2ac578ec8d9，和event中的值完全相同。

果然，我们找到了发生溢出的地方，并且确定reinvest()函数使用了溢出后的值。


推理怎么构造溢出条件
顺藤摸瓜

那么问题来了，我们有什么办法能让这个减法溢出呢？

回想sub指令的参数：

  • 第一个参数 0 对应 profitPerShare_ * tokenBalanceLedger_[_customerAddress]

  • 第二个参数 0x30d53a87137270000000000000000 对应 payoutsTo_[_customerAddress]

思路来了，我们需要达成2个目标：

  1. 使得 profitPerShare_ * tokenBalanceLedger_[_customerAddress]的计算结果为0，

  2. 使得 payoutsTo_[_customerAddress]中存储的值为正数

首先我们看目标1，对于profitPerShare_变量，纵观全部代码，只有增加没有减，无法有效地将这个值变为0，那么只有tokenBalanceLedger_[_customerAddress]才能给我们修改的机会。

然后目光看向目标2，payoutsTo_[_customerAddress]必须设置为正值。

我们看到在transferFromInternal()、withdraw()函数均中对该值有操作，不由得想到了上文看到攻击者的4步组合拳，这4步具体发生的操作如下：

  1. transfer （攻击者调用God.Game合约的transfer函数将token转移到到攻击者创建的合约）

  2. withdraw （攻击者调用代理合约的withdraw函数，代理合约调用God.Game的withdraw函数讲ETH提入代理合约）

  3. transfer （攻击者调用代理合约的transfer函数，将God.Game中代理合约的token转移到攻击者账户）

  4. reinvest （攻击者调用代理合约的reinvest函数，代理合约调用God.Game的reinvest函数触发溢出）


  漂亮的组合拳  
谜底揭开

我们不妨看看在God.Game合约中发生了什么？

攻击者第1步：从自己账户转移token到合约，触发transferFromInternal函数中的第一个else if分支：

else if (fromLength <= 0 && toLength > 0) {
    // human to contract
    contractAddresses[_toAddress] = true;
    contractPayout += (int) (_amountOfTokens);
    tokenSupply_ = SafeMath.sub(tokenSupply_, _amountOfTokens);
    payoutsTo_[_from] -= (int256) (profitPerShare_ * _amountOfTokens);
}

攻击者将自身的payoutsTo_[_customerAddress]被减为负数，紧接着修改`tokenBalanceLedger_[from/to]进行普通的token转账操作，给代理合约一些token以便拥有dividens。

攻击者第2步：代理调用withdraw()，payoutsTo_[_customerAddress]值增加。

攻击者第3步：将代理合约的token转移到攻击者账户，触发transferFromInternal中的if分支：

if (fromLength > 0 && toLength <= 0) {
    // contract to human
    contractAddresses[_from] = true;
    contractPayout -= (int) (_amountOfTokens);
    tokenSupply_ = SafeMath.add(tokenSupply_, _amountOfTokens);
    payoutsTo_[_toAddress] += (int256) (profitPerShare_ * _amountOfTokens);        
}

攻击者的payoutsTo_[_customerAddress]值增加，同时将代理合约中的token全部转移到攻击账户中。

可以看到，这3步组合让代理合约满足了减法溢出所需条件：

  1. 通过第1、第3两步将代理合约的tokenBalanceLedger_[_customerAddress]值置为0

  2. 通过第2步将payoutsTo_[_customerAddress]值置为正数

攻击者第4步，猛烈一击，调用reinvest()触发dividendsOf()的减法溢出，攻击者获取巨量的dividens，将divisions转换为token。

由于token数量过多，合约储备金额不够withdraw()，攻击者便将部分token转移到0xC30E89DB73798E4CB3b204Be0a4C735c453E5C74，通过0xC30E89DB73798E4CB3b204Be0a4C735c453E5C74进行sell操作卖出token换取ETH，合约储备金面对巨量增发的token，瞬间消耗殆尽，攻击者成功提取了几乎所有的ETH。

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Good Game！


God.Game 风波带来的思考

近来各类山寨版本智能合约游戏盛行，已经发生很多起安全事件，安比（SECBIT）实验室不久前已针对 Fomo3D 和 Last Winner 进行了一系列详细的漏洞披露和解析。而这次 God.Game 甚至上线不久就宣告被黑客攻击游戏结束，很多玩家的投入无法兑现，导致出现一些「游戏（投资）群」秒变「维权群」的闹剧。

安比（SECBIT）实验室提醒广大智能合约游戏爱好者，务必要擦亮双眼，提高安全意识，谨慎参与不明游戏（小心漏洞与后门），并且对于任何游戏都不要投入超出承受能力范围的资金。

游戏智能合约在一定程度上比一般 Token 合约更复杂，一些漏洞会隐藏得更深，触发条件更苛刻。很多游戏甚至会有更高层次的关于公平性、博弈机制的漏洞存在，需要从游戏模型设计、代码实现等各种角度进行安全评估。安比（SECBIT）实验室建议所有负责任的智能合约游戏开发商，都应该提高安全意识，加大安全投入。


一

参考文献

[1] God.Game 合约地址，https://etherscan.io/address/0xca6378fcdf24ef34b4062dda9f1862ea59bafd4d
[2] PowH3D (P3D) 合约地址，https://etherscan.io/address/0xb3775fb83f7d12a36e0475abdd1fca35c091efbe
[3] Zethr (ZTH) 合约地址，https://etherscan.io/address/0xD48B633045af65fF636F3c6edd744748351E020D
[4] BCSEC：GodGame漏洞原理以及黑客攻击手法分析，https://bcsec.org/index/detail/tag/2/id/252
[5] 安比实验室：Fomo3D 千万大奖获得者“特殊攻击技巧”最全揭露，https://mp.weixin.qq.com/s/MCuGJepXr_f18xrXZsImBQ
[6] 安比实验室：智能合约史上最大规模攻击手法曝光，盘点黑客团伙作案细节，https://mp.weixin.qq.com/s/YBG8YyPwh374HbGWcUKTdQ


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安比（SECBIT）实验室


安比（SECBIT）实验室专注于区块链与智能合约安全问题，全方位监控智能合约安全漏洞、提供专业合约安全审计服务，在智能合约安全技术上开展全方位深入研究，致力于参与共建共识、可信、有序的区块链经济体。


安比（SECBIT）实验室创始人郭宇，中国科学技术大学博士、耶鲁大学访问学者、曾任中科大副教授。专注于形式化证明与系统软件研究领域十余年，具有丰富的金融安全产品研发经验，是国内早期关注并研究比特币与区块链技术的科研人员之一。研究专长：区块链技术、形式化验证、程序语言理论、操作系统内核、计算机病毒。

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安比（SECBIT）实验室

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Modified on 2018-08-24

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