[논문 리뷰] {\AE}GIS: Shielding Vulnerable Smart Contracts Against Attacks

Christof Ferreira Torres, Mathis Baden외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 12.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 29인용 수 6

한 줄 요약

ÆGIS는 도메인 특화 언어로 작성된 공격 패턴을 사용하여 런타임 공격으로부터 배포된 스마트 컨트랙트를 보호하는 동적 분석 프레임워크이다. 블록체인 기반 스마트 컨트랙트를 활용해 패턴을 저장하고 투표함으로써, 기존 최고 수준의 도구보다 더 높은 정밀도를 달성하며 재entrancy 및 기타 공격 유형을 탐지할 때 0%의 가짜 경고를 기록한다.

ABSTRACT

In recent years, smart contracts have suffered major exploits, costing millions of dollars. Unlike traditional programs, smart contracts are deployed on a blockchain. As such, they cannot be modified once deployed. Though various tools have been proposed to detect vulnerable smart contracts, the majority fails to protect vulnerable contracts that have already been deployed on the blockchain. Only very few solutions have been proposed so far to tackle the issue of post-deployment. However, these solutions suffer from low precision and are not generic enough to prevent any type of attack. In this work, we introduce {\\AE}GIS, a dynamic analysis tool that protects smart contracts from being exploited during runtime. Its capability of detecting new vulnerabilities can easily be extended through so-called attack patterns. These patterns are written in a domain-specific language that is tailored to the execution model of Ethereum smart contracts. The language enables the description of malicious control and data flows. In addition, we propose a novel mechanism to streamline and speed up the process of managing attack patterns. Patterns are voted upon and stored via a smart contract, thus leveraging the benefits of tamper-resistance and transparency provided by the blockchain. We compare {\\AE}GIS to current state-of-the-art tools and demonstrate that our solution achieves higher precision in detecting attacks. Finally, we perform a large-scale analysis on the first 4.5 million blocks of the Ethereum blockchain, thereby confirming the occurrences of well reported and yet unreported attacks in the wild.

연구 동기 및 목표

• 기존 정적 분석 도구가 해결할 수 없는, 이미 배포된 스마트 컨트랙트를 런타임 공격으로부터 보호하는 데 있어 핵심적인 격차를 메우는 것.
• 이더리움 프로토콜 수준의 변경 없이도 스마트 컨트랙트의 취약성을 동적으로 후배포 보호할 수 있도록 하는 것.
• 블록체인을 통해 보안 규칙(공격 패턴)을 업데이트하는 확장 가능하고 투명하며 변조에 강한 메커니즘을 제공하는 것.
• 기존 런타임 보호 도구의 한계, 즉 낮은 정밀도와 확장성 부족을 극복하는 것.
• 신규 공격 탐지 패턴을 제안하고 투표하며 배포하는 탈중앙화된, 커뮤니티 기반의 시스템을 구축하는 것.

제안 방법

• 시스템은 이더리움의 실행 모델에 맞게 맞춤화된 도메인 특화 언어(DSL)를 사용하여 스마트 컨트랙트 내 악성 제어 및 데이터 흐름을 기술한다.
• 공격 패턴는 일반 텍스트로 전용 스마트 컨트랙트에 제출되며, 전문가 그룹 또는 스테이킹 기반 메커니즘을 통해 투표 및 합의를 관리한다.
• 각 트랜잭션은 실행을 시뮬레이션하고 DSL 기반 규칙를 사용해 패턴 일치 여부를 실시간으로 분석하는 추출기로 처리된다.
• 기존에 알려진 공격 패턴을 트리거하는 트랜잭션은 시스템이 되돌리며, 상태 변경을 방지하면서도 가스를 소비한다.
• 자체 투표 메커니즘이 도입되어 승인된 패턴만 활성화되며, 투명성과 무결성을 유지한다.
• 시스템은 핵심 시스템을 수정하지 않고도 새로운 패턴를 추가하고 투표할 수 있도록 확장성을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 네이티브 동적 시스템이 배포 후 높은 정밀도와 낮은 가짜 경고로 스마트 컨트랙트 공격을 탐지하고 방지할 수 있는가?
• RQ2 배포 후 공격 패턴는 어떻게 안전하고 투명하게 탈중앙화된 방식으로 관리하고 업데이트할 수 있는가?
• RQ3 보안 업데이트를 위한 커뮤니티 기반 투표 메커니즘은 확장 가능하고 조작에 저항력이 있는가?
• RQ4 ÆGIS의 성능 및 탐지 정확도는 기존 최고 수준의 런타임 탐지 도구와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 ÆGIS는 실제 스마트 컨트랙트에서 알려지지 않은 취약점까지 얼마나 잘 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• ÆGIS는 재entrancy 공격 탐지에서 0%의 가짜 경고를 기록하며, 가짜 경고를 보고하는 현재 최고 수준의 도구들을 능가한다.
• 시스템은 DAO, 파리티 월렛 등 잘 알려진 공격뿐만 아니라 첫 450만 개 이더리움 블록에서 이전에 보고되지 않은 취약점도 성공적으로 탐지했다.
• 블록체인 기반의 투표 메커니즘을 통해 공격 패턴 관리의 투명성, 불변성, 변조에 대한 저항력을 확보했다.
• 도메인 특화 언어를 통해 악성 제어 및 데이터 흐름을 정밀하게 모델링함으로써 탐지 정확도를 향상시켰다.
• 시스템 아키텍처는 이더리움 클라이언트나 합의 프로토콜을 수정하지 않고도 탐지 로직을 점진적으로 업데이트할 수 있도록 했다.
• 대규모 분석을 통해 실제 운영 중인 스마트 컨트랙트에 이전에 기록되지 않은 공격 패턴이 존재하는 것으로 확인되어, 시스템의 실세계 적용 가능성을 입증했다.