[논문 리뷰] Elysium: Automagically Healing Vulnerable Smart Contracts Using Context-Aware Patching

Christof Ferreira Torres, Hugo Jonker외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 23.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 34인용 수 7

한 줄 요약

Elysium는 바이트코드에서 유추한 템플릿 기반 및 의미적 패치 기법을 융합하여 배포 이전에 스마트 계약을 자동으로 수정하는 확장성 있고 맥락 인식 가능한 프레임워크이다. 기존 도구보다 30퍼센트 더 많은 취약한 스마트 계약을 수정하면서도 거래 비용 증가를 최소화하여 블록체인 기반 프로그램을 보안화하는 데 있어 뛰어난 효과성과 효율성을 입증한다.

ABSTRACT

Smart contracts are programs that are deployed and executed on the blockchain. Typically, smart contracts govern assets; popular smart contracts can govern assets worth millions. Just like traditional programs, smart contracts are subject to programming mistakes. However, a major difference is that smart contracts cannot be patched once deployed. Several approaches have been studied to improve smart contract security, by detecting bugs prior to deployment, allowing contracts to be updated, or modifying clients to prevent attacking transactions. The most elegant solution would be to automatically eliminate bugs prior to deployment. Merely identifying bugs is not enough. This became evident when the Parity wallet was hacked a second time after being manually patched following a security audit. Automatic pre-deployment patching offers a powerful promise to strengthen smart contract defenses. Current approaches are limited in the types of vulnerabilities that can be patched, in the flexibility of the patching process, and in scalability. In this paper we propose Elysium, a scalable approach towards automatic smart contract repair, that combines template-based patching with semantic patching by inferring context information from the bytecode. Elysium can currently automatically patch 7 known vulnerabilities in smart contracts using external bug-finding tools, and it can easily be extended with new templates and new bug-finding tools. We evaluate effectiveness and correctness of Elysium using 3 different datasets by replaying more than 500K transactions against patched contracts. We find that Elysium outperforms existing tools by patching at least 30% more contracts. Finally, we compare the overhead in terms of deployment and transaction cost increase. In comparison to other tools, Elysium minimizes transaction cost (up to a factor of 1.9), for only a marginally higher deployment cost.

연구 동기 및 목표

• 배포 후 수리가 불가능하고 비용이 많이 드는 수동 수정이 어려운 스마트 계약 보안 문제를 해결하기 위해.
• 기존 자동 패치 도구의 한계를 극복하기 위해, 확장성, 유연성, 다양한 취약성에 대한 지원이 부족한 점을 해결하기 위해.
• 바이트코드에서 맥락을 유추하여 정확하고 확장 가능한 패치 생성이 가능한 배포 전 수리 시스템을 개발하기 위해.
• 배포 및 거래 비용 부담을 최소화하면서도 패치 적용 대상 계약 수를 최대화하기 위해.
• 외부 버그 탐지 도구와 확장 가능한 패치 템플릿을 지원하는 모듈러 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• Elysium는 스마트 계약 동작에 대한 맥락 정보를 바이트코드 분석을 통해 유추하여 맥락 인식 패치를 가능하게 한다.
• 기존 취약성에 대한 정확하고 안전한 수정을 위해 템플릿 기반 패치와 의미적 패치를 융합한다.
• 시스템은 외부 정적 분석 도구를 활용해 취약성을 탐지하고, 적절한 수리 템플릿에 매핑한다.
• 패치는 배포 이전에 수행되어, 블록체인에 게시되는 것은 항상 검증되고 안전한 계약만이 되도록 보장한다.
• 새로운 버그 탐지 도구와 새로운 패치 템플릿의 통합을 허용함으로써 확장성을 제공한다.
• 정확성과 보안을 확보하기 위해 Elysium은 세 가지 데이터셋을 기반으로 50만 건 이상의 거래 재실행을 통해 패치를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 배포 전, 맥락 인식 패치 시스템은 다양한 스마트 계약 취약성을 효과적으로 수정할 수 있는가?
• RQ2 Elysium의 패치 정확도와 커버리지가 기존 자동 수리 도구와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 배포 및 거래 비용 측면에서 Elysium의 성능 오버헤드는 어느 정도인가?
• RQ4 Elysium은 다양한 스마트 계약 패턴과 취약성에 대해 어느 정도 확장 가능한가?
• RQ5 수동 개입 없이 Elysium은 패치 과정에서 정확성과 보안을 어떻게 유지하는가?

주요 결과

• Elysium는 기존 도구보다 최소 30퍼센트 더 많은 취약한 스마트 계약을 패치하여 더 뛰어난 커버리지와 효과성을 입증한다.
• 프레임워크는 템플릿 기반 패치와 의미적 패치의 조합을 통해 7개의 알려진 스마트 계약 취약성을 성공적으로 수정한다.
• 거래 비용 증가는 최소화되었으며, Elysium는 다른 도구 대비 비용 효율성에서 최대 1.9배 향상을 달성한다.
• 배포 비용 증가는 미미하여, Elysium가 실세계 블록체인 배포에 실용적임을 시사한다.
• 세 가지 데이터셋을 기반으로 50만 건 이상의 거래 재실행을 통해 정확성을 유지함으로써 패치 신뢰성을 검증한다.
• Elysium의 모듈러 설계 덕분에 외부 정적 분석 도구와 확장 가능한 패치 템플릿과의 원활한 통합이 가능하다.