[논문 리뷰] A Survey of Security Vulnerabilities in Ethereum Smart Contracts

Noama Fatima Samreen, Manar H. Alalfi|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 14.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 20인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 이더리움 스마트 컨트랙트의 8개의 핵심 응용 수준 보안 취약점을 조사하며, 실제 악용 사례와 탐지 기법을 분석한다. 12개의 취약점 탐지 도구를 평가한 결과, 특히 타입 캐스트 취약점 탐지에 큰 격차가 있음을 드러내며, 재진입(reentrancy)과 정수 오버플로우가 재정적 손실의 주요 원인임을 강조한다. 도메인 오류(.DAO)와 파리티 지갑 공격은 각각 7000만 달러와 1500만 달러어치 이더를 손실시켰다.

ABSTRACT

Ethereum Smart Contracts based on Blockchain Technology (BT)enables monetary transactions among peers on a blockchain network independent of a central authorizing agency. Ethereum smart contracts are programs that are deployed as decentralized applications, having the building blocks of the blockchain consensus protocol. This enables consumers to make agreements in a transparent and conflict-free environment. However, there exist some security vulnerabilities within these smart contracts that are a potential threat to the applications and their consumers and have shown in the past to cause huge financial losses. In this study, we review the existing literature and broadly classify the BT applications. As Ethereum smart contracts find their application mostly in e-commerce applications, we believe these are more commonly vulnerable to attacks. In these smart contracts, we mainly focus on identifying vulnerabilities that programmers and users of smart contracts must avoid. This paper aims at explaining eight vulnerabilities that are specific to the application level of BT by analyzing the past exploitation case scenarios of these security vulnerabilities. We also review some of the available tools and applications that detect these vulnerabilities in terms of their approach and effectiveness. We also investigated the availability of detection tools for identifying these security vulnerabilities and lack thereof to identify some of them

연구 동기 및 목표

• 이더리움 스마트 컨트랙트의 8개의 주요 응용 수준 보안 취약점을 식별하고 분류하는 것.
• 이러한 취약점의 실제 악용 사례를 분석하고, 이더로 측정한 재정적 손실을 포함한 영향을 평가하는 것.
• 각 취약점에 대해 분석 방법, 효과성 및 커버리지 측면에서 기존 탐지 도구의 성능을 평가하는 것.
• 특히 타입 캐스트 취약점 탐지에 대한 도구 부족과 같은 연구 격차를 부각하는 것.
• 더 강력하고 종합적인 스마트 컨트랙트 취약점 탐지 프레임워크 개발을 향한 향후 연구 방향을 안내하는 것.

제안 방법

• 연구는 NIST 버그 프레임워크를 사용해 취약점을 분류하지만, 대부분의 경우 블록체인 특유의 특성으로 인해 직접 매핑되지 않는다.
• 과거 공격 사례를 분석하고 문헌 리뷰를 수행하여 근본 원인과 재정적 영향을 규명한다.
• 논문은 분석 방법에 따라 정적(static), 동적(dynamic), 하이브리드(hybrid)로 나누어 12개의 탐지 도구(예: Mythril, SmartCheck, Securify)를 평가한다.
• 각 취약점에 대해 탐지 도구를 매핑하고, 비교 매트릭스를 사용해 도구의 커버리지 수준을 평가한다.
• 취약점별 연구 초점과 도구 사용 추세의 통계적 경향을 분석한다.
• 도구의 한계, 특히 타입 캐스트 탐지 부재를 규명하고, 안전한 스마트 컨트랙트 개발에 대한 함의를 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이더리움 스마트 컨트랙트에서 가장 흔하고 영향력 있는 8개의 응용 수준 취약점은 무엇인가?
• RQ2 실제 공격은 이러한 취약점을 어떻게 악용하며, 어떤 재정적 손실을 초래했는가?
• RQ3 각 취약점에 대해 효과적인 탐지 도구는 무엇이며, 이들이 사용하는 분석 방법(정적, 동적, 하이브리드)은 무엇인가?
• RQ4 그럼에도 불구하고 타입 캐스트 취약점 탐지가 현재 도구에서 거의 부재한 이유는 무엇인가?
• RQ5 스마트 컨트랙트 취약점 탐지 향상에 있어 핵심 연구 격차와 향후 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 타입 캐스트 취약점을 악용한 파리티 멀티시그 넷워크 지갑 공격은 이더 1500만 달러어치 손실을 초래했으며, 단일 스마트 컨트랙트 악용으로 기록된 가장 큰 손실이다.
• 재진입 취약점을 악용한 도메인 오류(.DAO) 공격은 이더 700만 달러어치 손실을 유발했으며, 일반적인 프로그래밍 실수의 재정적 영향을 입증한다.
• 재진입은 가장 많이 연구된 취약점이며, 조사된 12개 도구 중 10개가 정적 분석을 사용해 이를 탐지하지만, 정확도를 높이기 위해 정적 및 동적 분석을 병행하는 도구는 단 두 개뿐이다.
• Solidity에서 타입 캐스트 취약점을 탐지할 수 있는 도구는 발견되지 않았으며, 이는 심각한 연구 격차를 시사한다.
• 정수 언더플로우/오버플로우 취약점은 단 두 도구(제우스, 메이스릴)에서만 탐지되며, 높은 영향력을 지닌 이 클래스에 대한 도구 커버리지가 제한되어 있음을 보여준다.
• 약한 필드 수정자 취약점은 오직 한 도구(SmartCheck)에서만 탐지되며, 이 클래스의 탐지 성숙도가 낮음을 시사한다.