[論文レビュー] A Survey of Security Vulnerabilities in Ethereum Smart Contracts

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

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 20被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、イーサリアムスマートコントラクトにおける8つの重要なアプリケーションレベルのセキュリティ脆弱性を調査し、実際の攻撃事例と検出技術を分析している。12の脆弱性検出ツールを評価した結果、特に型変換脆弱性の特定において顕著なギャップが明らかになった。一方、再入性と整数オーバーフローは、資金損失の主な原因であり、DAOおよびパリティウォレット攻撃は、それぞれ7000万ドルおよび1億5000万ドル相当のイーサリアムを失った。

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

研究の動機と目的

• イーサリアムスマートコントラクトにおける8つの主要なアプリケーションレベルのセキュリティ脆弱性を特定・分類すること。
• これらの脆弱性の実際の攻撃事例を分析し、イーサリアムでの資金損失を明らかにすること。
• 各脆弱性に対するアプローチ、有効性、カバー範囲に基づいて、既存の検出ツールを評価すること。
• 特に型変換脆弱性の検出に欠けるツールの存在に注目し、研究上のギャップを明らかにすること。
• より強固で包括的なスマートコントラクト脆弱性検出フレームワークの開発に向けて、今後の研究を導くこと。

提案手法

• 本研究はNISTバグフレームワークを用いて脆弱性を分類しているが、ブロックチェーン固有の特性のため、多くの脆弱性が直接対応しない。
• 過去の攻撃の原因と資金損失を特定するため、文献レビューと事例研究分析を実施した。
• 静的、動的、ハイブリッドの分析手法に基づき、12の検出ツール（例：Mythril、SmartCheck、Securify）を評価した。
• 各脆弱性を検出ツールとマッピングし、比較マトリクスを用いてツールのカバー範囲を評価した。
• 脆弱性ごとの研究焦点とツール採用の統計的傾向を分析した。
• 特に型変換脆弱性の検出が欠如している点を含め、ツールの限界を特定し、安全なスマートコントラクト開発に与える影響を議論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イーサリアムスマートコントラクトにおける8つのアプリケーションレベルの脆弱性の中で、最も一般的で影響が大きいものは何か？
• RQ2 実際の攻撃は、これらの脆弱性をどのように悪用し、どの程度の資金損失を引き起こしたか？
• RQ3 各脆弱性に対して有効な検出ツールは何か？ また、それらは静的、動的、ハイブリッドのどの分析手法を採用しているか？
• RQ4 型変換脆弱性は深刻な攻撃の可能性を秘めているにもかかわらず、なぜ現行のツールでは検出がほとんど行われていないのか？
• RQ5 スマートコントラクト脆弱性検出を改善するための主な研究ギャップと今後の方向性は何か？

主な発見

• 型変換脆弱性を利用したパリティマルチシグウォレット攻撃により、1億5000万ドル相当のイーサリアムが失われ、1つのスマートコントラクト攻撃による記録上最大の損失となった。
• 再入性脆弱性が原因のDAO攻撃により、7000万ドル相当のイーサリアムが失われ、一般的なコーディングミスの金融的影響を浮き彫りにした。
• 再入性は最も研究が進んでいる脆弱性であり、調査された12のツールのうち10つが静的解析を用いて検出しているが、正確性を高めるために静的・動的解析を併用しているのはわずか2つにとどまる。
• Solidityにおける型変換脆弱性の検出を実施しているツールは一切確認できず、これは深刻な研究ギャップを示している。
• 整数アンダーフロー/オーバーフロー脆弱性は、わずか2つのツール（ZeusとMythril）でのみ検出可能であり、高影響度の分類においてツールのカバー範囲が限定的であることが示された。
• 弱いフィールド修飾子脆弱性は、唯一のツール（SmartCheck）でのみ検出可能であり、この分類における検出成熟度の低さが浮き彫りになった。