[논문 리뷰] Bug Searching in Smart Contract

Xiaotao Feng, Qin Wang외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 02.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 이더리움 플랫폼에서 흔히 발생하는 스마트 계약 취약성, 예를 들어 재진입 공격, 가스 없이 전송하는 방식, 타임스탬프 문제 등을 조사하며, 패ッチ링, 기호 실행, 형식적 검증과 같은 소프트웨어 취약성 탐지 기법의 적용 가능성을 평가한다. 이 기법들이 이더리움의 고유한 특성, 예를 들어 가스 메커니즘, 패드백 함수, 솔리디티에서 형식적 언어로의 언어 번역 등에 어떻게 적응되는지에 대한 도전 과제를 부각시킨다.

ABSTRACT

With the frantic development of smart contracts on the Ethereum platform, its market value has also climbed. In 2016, people were shocked by the loss of nearly $50 million in cryptocurrencies from the DAO reentrancy attack. Due to the tremendous amount of money flowing in smart contracts, its security has attracted much attention of researchers. In this paper, we investigated several common smart contract vulnerabilities and analyzed their possible scenarios and how they may be exploited. Furthermore, we survey the smart contract vulnerability detection tools for the Ethereum platform in recent years. We found that these tools have similar prototypes in software vulnerability detection technology. Moreover, for the features of public distribution systems such as Ethereum, we present the new challenges that these software vulnerability detection technologies face.

연구 동기 및 목표

• 이더리움에서 흔히 발생하는 스마트 계약 취약성, 예를 들어 재진입 공격, 가스 없는 전송, 타임스탬프 관련 결함 등을 분석하기 위해.
• 기존 소프트웨어 취약성 탐지 기법—패치링, 기호 실행, 형식적 검증—이 스마트 계약 플랫폼에 적합한지 평가하기 위해.
• 이더리움의 고유한 기능(예: 가스 모델, 패드백 함수, 공개 상태)으로 인해 기존의 취약성 탐지 도구에 직접 적용하기 어려운 새로운 과제를 특정하기 위해.
• 솔리디티 코드를 형식적 검증 또는 기호 실행 도구에 호환 가능한 형식으로 변환하는 데 있어 언어 번역의 한계를 검토하기 위해.

제안 방법

• 논문은 이더리움 가상 머신(EVM)에서 흔히 발생하는 스마트 계약 취약성과 그들의 악용 메커니즘을 조사한다.
• 세 가지 핵심 취약성 탐지 기법—패치링(입력 생성 및 실행 모니터링), 기호 실행(제약 조건 해결을 통한 경로 탐색), 형식적 검증(정확성의 논리적 증명)—을 분석한다.
• 이 기법들이 스마트 계약에 어떻게 적응되는지 평가하며, 기호 실행에서의 경로 폭발 문제나 정적 분석에서의 거짓 양성/거짓 음성 문제와 같은 과제에 초점을 맞춘다.
• 정적 분석이 도메인 특화 오라클(예: 호출 시 가스가 0인지 확인)을 정의하여 취약성을 자동으로 탐지하는 데 어떻게 기여하는지 검토한다.
• 언어 번역 과제를 검토하며, 특히 Z3나 F*와 같은 도구에 호환 가능한 형식으로 솔리디티 코드를 변환하는 데 있어 많은 솔리디티 기능(예: 컨tracts 간 호출을 위한 call() 함수)이 기본적으로 지원되지 않는 점을 언급한다.
• 기존 도구와 그 제약 조건을 평가하며, F*가 지원하지 않는 문법으로 인해 솔리디티 컨트랙트의 90%를 처리할 수 없다는 점을 언급한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재진입 공격과 가스 없는 전송과 같은 흔한 스마트 계약 취약성은 이더리움에서 어떻게 나타나고 악용되는가?
• RQ2 패치링, 기호 실행, 형식적 검증과 같은 기존 소프트웨어 취약성 탐지 기법이 이더리움 스마트 계약에 얼마나 효과적으로 적용될 수 있는가?
• RQ3 이더리움의 고유한 기능(예: 가스 제한, 패드백 함수, 타임스탬프 의존성)은 기존의 취약성 탐지 도구에 어떤 새로운 과제를 야기하는가?
• RQ4 언어 번역의 제약 조건은 형식적 검증과 기호 실행을 통한 스마트 계약 분석에 어떤 방해가 되는가?
• RQ5 특히 거짓 양성과 거짓 음성 문제에 대해 정적 분석에서의 주요 병목 현상은 무엇인가?

주요 결과

• DAO 사태와 같은 재진입 공격은 패드백 함수와 외부 호출 간의 상호작용으로 인해 여전히 심각한 위협으로 남아 있으며, 막대한 재정적 손실을 초래한다.
• 패치링 도구는 랜덤한 입력 생성으로 인해 복잡한 조건 기반 취약성을 놓칠 수 있으며, 특정 문제(예: 가스 없는 전송)를 탐지하기 위해 맞춤형 오라클이 필요하다.
• 기호 실행은 루프와 배열로 인한 경로 폭발 문제로 어려움을 겪으며, 정확한 제약 조건 모델링이 필요하기 때문에 효과가 제한된다.
• 형식적 검증은 매우 정확하지만, 높은 자원 소모와 많은 솔리디티 기능이 형식 언어로 변환되지 못함으로써 대규모 계약에는 실용적이지 않다.
• 솔리디티에서 F*와 같은 형식적 검증 도구로의 언어 번역은 주요 병목 현상이다—지원되지 않는 문법으로 인해 396개의 컨트랙트 중 46개만 성공적으로 번역되었다.
• 연구는 기존 탐지 도구는 유망하지만, 플랫폼 고유의 기능을 고려하고 확장성과 정확성을 확보하기 위해 이더리움에 적합하게 적응시키기 위한 상당한 혁신이 필요하다는 결론을 내린다.