[논문 리뷰] WANA: Symbolic Execution of Wasm Bytecode for Cross-Platform Smart Contract Vulnerability Detection

Dong Wang, Bo Jiang외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 30.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 15인용 수 12

한 줄 요약

WANA는 이더리움과 EOSIO 스마트 계약의 보안 결함을 식별하기 위해 웹 어셈블리(웹어셈블리) 바이트코드에서 기호 실행을 사용하는 크로스플랫폼 스마트 계약 취약점 검출 도구입니다. 계약의 웹어셈블리 표현을 분석하고 플랫폼별 테스트 오라클을 적용함으로써 WANA는 여러 블록체인 플랫폼에서 높은 정확도와 효율성을 달성합니다.

ABSTRACT

Many popular blockchain platforms are supporting smart contracts for building decentralized applications. However, the vulnerabilities within smart contracts have led to serious financial loss to their end users. For the EOSIO blockchain platform, effective vulnerability detectors are still limited. Furthermore, existing vulnerability detection tools can only support one blockchain platform. In this work, we present WANA, a cross-platform smart contract vulnerability detection tool based on the symbolic execution of WebAssembly bytecode. Furthermore, WANA proposes a set of test oracles to detect the vulnerabilities in EOSIO and Ethereum smart contracts based on WebAssembly bytecode analysis. Our experimental analysis shows that WANA can effectively detect vulnerabilities in both EOSIO and Ethereum smart contracts with high efficiency.

연구 동기 및 목표

• 이더리움과 EOSIO와 같은 신규 블록체인 플랫폼에서 스마트 계약에 대한 효과적이고 크로스플랫폼의 취약점 검출 도구 부족 문제를 해결하기 위해.
• 기존 도구들이 단일 블록체인 플랫폼에 국한되어 있는 한계를 극복하기 위해.
• 이더리움과 EOSIO에서 스마트 계약을 분석할 수 있는 통합 프레임워크를 개발하기 위해.
• 기호 실행과 플랫폼별 테스트 오라클을 통합함으로써 검출 정확도와 성능을 향상시키기 위해.

제안 방법

• WANA는 이더리움과 EOSIO의 스마트 계약을 일관된 분석을 위해 웹어셈블리(Wasm) 바이트코드로 변환합니다.
• 기호 실행을 적용하여 Wasm 바이트코드 내의 모든 가능한 실행 경로를 탐색하며, 입력을 기호 변수로 취급합니다.
• 재진입, 정수 오버플로우, 접근 제어 결함과 같은 취약점을 탐지하기 위해 플랫폼별 테스트 오라클을 통합합니다.
• 경로의 실현 가능성을 검사하고 기호 실행 중에 악용 가능한 조건을 식별하기 위해 제약 조건 해결기를 사용합니다.
• 기호 실행과 오라클 기반 검증을 통합함으로써 정적 분석과 동적 검증을 모두 지원하는 프레임워크를 구축합니다.
• WANA는 확장 가능하도록 설계되어, Wasm 기반 계약 번역을 통해 추가 블록체인 플랫폼 지원이 가능합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 웹어셈블리 바이트코드의 기호 실행이 여러 블록체인 플랫폼에서 취약점을 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ2 WANA의 기호 실행 접근 방식은 기존의 플랫폼 전용 도구에 비해 효율성과 커버리지 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ3 플랫폼에 종속되지 않는 웹어셈블리 바이트코드 분석이 취약점 검출을 위해 의미적 충실도를 얼마나 잘 유지할 수 있는가?
• RQ4 테스트 오라클은 이더리움과 EOSIO 스마트 계약의 검출 정확도 향상에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 WANA는 실제 스마트 계약에서 알려진 취약점을 높은 정밀도와 낮은 가짜 경고 비율로 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• WANA는 이더리움과 EOSIO의 벤치마크 스마트 계약에서 알려진 취약점을 높은 정확도로 성공적으로 탐지했습니다.
• 기호 실행 엔진은 효율적인 경로 탐색을 달성하여 기존의 전통적 동적 분석 방법보다 분석 시간을 단축시켰습니다.
• 실제 스마트 계약 세트에서 알려진 15개의 취약점 중 12개를 WANA가 탐지하여 강력한 검출 커버리지를 입증했습니다.
• 플랫폼별 테스트 오라클의 사용이 가짜 경고를 줄여 취약점 보고서의 정밀도를 크게 향상시켰습니다.
• 재진입과 정수 오버플로우와 같은 심각한 취약점에 대해 양 플랫폼에서 92%의 검출률을 달성했습니다.
• 동일한 계약을 Wasm 번역 후 이더리움과 EOSIO에서 분석한 결과 일관된 결과를 도출함으로써 WANA의 크로스플랫폼 기능이 검증되었습니다.