Solidity 编译器漏洞分析：ABI重编码的缺陷

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本文从源代码层面对 Solidity 编译器( 0.5.8<= version <0.8.16)在 abireencoding 过程中，由于对固定长度的 uint 和 bytes 32 类型数组的错误处理所导致的漏洞问题进行详细分析，并提出相关的解决方案及规避措施。pan>

漏洞详情

ABI 编码格式是用在用户或合约对合约进行函数调用，传递参数时的标准编码方式。具体可以参考 Solidity 官方关于ABI 编码的详细表述。

在合约开发过程中，会从用户或其他合约传来的 calldata 数据中，获取需要的数据，之后可能会将获取的数据进行转发或 emit 等操作。限于 evm 虚拟机的所有 opcode 操作都是基于 memory、stack 和 storage，所以在 Solidity 中，涉及到需要对数据进行 ABI 编码的操作，都会将 calldata 中的数据根据新的顺序按照 ABI 格式进行编码，并存储到 memory 中。

该过程本身并没有大的逻辑问题，但是当和 Solidity 的cleanup 机制结合时，由于 Solidity 编译器代码本身的疏漏，就导致了漏洞的存在。

根据 ABI 编码规则，在去掉函数选择符之后，ABI 编码的数据分为 head 和 tail 两部分。当数据格式为固定长度的 uint 或 bytes 32 数组时，ABI 会将该类型的数据都存储在 head 部分。而 Solidity 对 memory 中 cleanup 机制的实现是在当前索引的内存被使用后，将下一个索引的内存置空，以防止下一索引的内存使用时被脏数据影响。并且，当 Solidity 对一组参数数据进行 ABI 编码时，是按照从左到右的顺序进行编码！！

为了便于后面的漏洞原理探索，考虑如下形式的合约代码：

contract Eocene {

event VerifyABI( bytes[], uint[ 2 ]);

function verifyABI(bytes[] calldata a, uint[ 2 ] calldata b) public {

emit VerifyABI(a, b); //Event 数据会按照 ABI 格式编码之后存储到链上

}

}

合约 Eocene 中 verifyABI 函数的作用，仅仅是将函数参数中的不定长 bytes[] a 和定长 uint[2 ] b 进行 emit。

这里需要注意，event 事件也会触发 ABI 编码。这里参数 a, b 会编码成 ABI 格式后再存储到链上。

我们使用 v 0.8.14 版本的 Solidity 对合约代码进行编译，通过 remix 进行部署，并传入verifyABI(['0x aaaaaa','0x bbbbbb'],[0x 11111, 0x 22222 ])。

首先，我们看一看对verifyABI(['0x aaaaaa','0x bbbbbb'],[0x 11111, 0x 22222 ])的正确编码格式：

0x 5 2c d 1 a 9 c // bytes 4(sha 3("verify(btyes[], uint[ 2 ])"))

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060 // index of a

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000011111 // b[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000022222 // b[1 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002 // length of a

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000040 // index of a[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080 // index of a[1 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003 // length of a[0 ]

aaaaaa 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 // a[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003 // length of a[1 ]

bbbbbb 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 // a[1 ]

如果 Solidity 编译器正常，当参数a, b被 event 事件记录到链上时，数据格式应该和我们发送的一样。让我们实际调用合约试试看，并对链上的 log 进行查看,如果想自己对比，可以查看该TX。

成功调用后，合约 event 事件记录如下：

！！震惊，紧跟 b[1 ]的，存储 a 参数长度的值被错误的删除了！！

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060 // index of a

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000011111 // b[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000022222 // b[1 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 // length of a?? why become 0??

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000040 // index of a[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080 // index of a[1 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003 // length of a[0 ]

aaaaaa 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 // a[0 ]

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003 // length of a[1 ]

bbbbbb 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 // a[1 ]

为什么会这样？

正如我们前面所说，在 Solidity 遇到需要进行 ABI 编码的系列参数时，参数的生成顺序是从左至，具体对 a, b 的编码逻辑如下

Solidity 先对 a 进行 ABI 编码，按照编码规则，a 的索引放在头部，a 的元素长度以及元素具体值均存放在尾部。

处理 b 数据，因为 b 数据类型为 uint[2 ]格式，所以数据具体值被存放在 head 部分。但是，由于 Solidity 自身的 cleanup 机制，在内存中存放了 b[1 ]之后，将 b[1 ]数据所在的后一个内存地址(被用于存放 a 元素长度的内存地址)的值置 0 。

ABI 编码操作结束，错误编码的数据存储到了链上，SOL-2022-6 漏洞出现。

在源代码层面，具体的错误逻辑也很明显，当需要从 calldata 获取定长 bytes 32 或 uint 数组数据到 memory 中时，Solidity 总是会在数据复制完毕后，将后一个内存索引数据置为 0 。又由于 ABI 编码存在 head 和 tail 两部分，且编码顺序也是从左至右，就导致了漏洞的存在。

具体漏洞的 Solidity 编译代码如下：

当源数据存储位置为 Calldata，且源数据类型为 ByteArray，String，或者源数组基础类型为 uint 或 bytes 32 时进入ABIFunctions::abiEncodingFunctionCalldataArrayWithoutCleanup()

进入之后，会首先通过fromArrayType.isDynamicallySized()对源数据是否为定长数组来对源数据进行判断，只有定长数组才符合漏洞触发条件。

将isByteArrayOrString()判断结果传递给YulUtilFunctions::copyToMemoryFunction(), 根据判断结果来确定是否在 calldatacopy 操作完成后，对后一个索引位置进行 cleanup。

上诉几个约束条件结合，就只有位于 calldata 中的源数据格式为定长的 uint 或 bytes 32 的数组复制到内存时才能触发漏洞。也即是漏洞触发的约束条件产生的原因。

由于 ABI 进行参数编码时，总是从左到右的顺序，考虑到漏洞的利用条件，我们必须要明白，必须在定长的 uint 和 bytes 32 数组前，存在动态长度类型的数据被存储到 ABI 编码格式的 tail 部分，且定长的 uint 或 bytes 32 数组必须位于待编码参数的最后一个位置。

原因很明显，如果定长的数据没有位于最后一个待编码参数位置，那么对后一内存位置的置 0 不会有任何影响，因为下个编码参数会覆盖该位置。如果定长数据前面没有数据需要被存储到 tail 部分，那么即便后一内存位置被置 0 也没有关系，因为该位置并不背 ABI 编码使用。

另外，需要注意的是，所有的隐式或显示的 ABI 操作，以及符合格式的所有 Tuple（一组数据），都会受到该漏洞的影响。

具体的涉及到的操作如下：

event

error

abi.encode*

returns //the return of function

struct //the user defined struct

all external call

解决方案

当合约代码中存在上诉受影响的操作时，保证最后一个参数不为定长的 uint 或 bytes 32 数组

使用不受漏洞影响的 Solidity 编译器

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