[論文レビュー] Flint for Safer Smart Contracts

Franklin Schrans, Daniel Hails+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用数 12

ひとこと要約

Flint は、イーサリアム上で安全で検証可能なスマートコントラクトを記述することを目的とした静的型付きドメイン固有プログラミング言語である。保護ブロック（型状態によるアクセス制御）、アトミックな資産操作、オーバーフローを伴わない算術演算、デフォルトの不変性によって安全性を強制し、再入力攻撃、整数オーバーフロー、誤った資金損失といった一般的な脆弱性を防ぐ。形式的検証のサポートとコンパイラによる正しさの強制を備える。

ABSTRACT

The Ethereum blockchain platform supports the execution of decentralised applications or smart contracts. These typically hold and transfer digital currency to other parties on the platform; however, they have been subject to numerous attacks due to the unintentional introduction of bugs. Over a billion dollars worth of currency has been stolen since its release in July 2015. As smart contracts cannot be updated after deployment, it is imperative that the programming language supports the development of robust contracts. We propose Flint, a new statically-typed programming language specifically designed for writing robust smart contracts. Flint's features enforce the writing of safe and predictable code. To encourage good practices, we introduce protection blocks. Protection blocks restrict who can run code and when (using typestate) it can be executed. To prevent vulnerabilities relating to the unintentional loss of currency, Flint Asset traits provide safe atomic operations, ensuring the state of contracts is always consistent. Writes to state are restricted, simplifying reasoning about smart contracts.

研究の動機と目的

• 2015 年以降に 10 億ドルを超える損失をもたらしたスマートコントラクト脆弱性という深刻な問題に取り組むこと。
• 不正なスマートコントラクトの記述が根本的になされにくいか、不可能になるようなプログラミング言語を設計すること。
• アクセス制御、アトミックな状態更新、安全な算術演算といったセキュリティパターンを、言語レベルで一等級のサポートを提供すること。
• デプロイ後の監査やランタイム分析に依存するのを減らし、安全な構築（safety by construction）の開発モデルにシフトすること。
• 形式的検証とツール連携をサポートし、開発者が正しい、予測可能で保守可能なコントラクトを記述できるようにすること。

提案手法

• 型状態を用いて有効な実行シーケンスをモデル化することで、誰が関数を呼び出し、どのコントラクト状態で呼び出せるかを保護ブロックで強制する。
• イーサ（Wei）のための第一級の Asset 型を定義し、不整合な残高を防ぐために、転送、分割、マージのすべてがアトミックに保証される。
• 整数算術をデフォルトでオーバーフローしないようにし、必要に応じて明示的な循環演算子を提供する。
• 関数および変数のデフォルトの不変性とプライベート可視性を強制し、可変性を明示的に選択する必要がある。
• 無限ループの脆弱性を排除するため、ループを有限な for-in 構文に制限する。
• 静的型付けにより、デプロイ前に型エラーを検出し、コンパイル時に正しさを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再入力攻撃、整数オーバーフロー、誤った状態遷移といった一般的なスマートコントラクト脆弱性を防げるドメイン固有プログラミング言語を設計できるか？
• RQ2 型状態とアクセス制御をスマートコントラクト言語に統合することで、正しい実行順序とコールャーの承認を強制できるか？
• RQ3 アトミックな資産操作によって、コントラクト残高会計における不整合をどの程度排除できるか？
• RQ4 デフォルトの不変性と安全な算術演算が、ソリディティのような言語に存在する攻撃ベクトルを顕著に減らせるか？
• RQ5 実用的言語に形式的セキュリティ保証を統合すると、開発生産性とコードの正しさにどのような影響を与えるか？

主な発見

• Flint は型状態に基づくアクセス制御を強制することで、再入力攻撃を防ぎ、機密操作が有効なコントラクト状態でのみ呼び出されるように保証する。
• 第一級の Asset 型の使用により、すべての転送がアトミックかつ一貫性を持つようになり、誤った残高追跡に関連する脆弱性が排除される。
• Flint における整数算術はオーバーフローしない。代わりに、オーバーフロー時に例外を送出するため、静かなるデータ破損を防ぐ。
• 言語のデフォルトの不変性とプライベート可視性により、明示的な宣言がなければ可変状態を誤って導入できず、攻撃ベクトルが削減される。
• コンパイラがすべての状態変更が制限され、予測可能であることを強制するため、コントラクト動作の理解が簡素化される。
• パフォーマンスベンチマークでは、最適化パスがなくても Flint のコンパイルコードはソリディティと同等の性能を示し、実用的妥当性が裏付けられる。