[论文解读] A Survey on Ethereum Systems Security: Vulnerabilities, Attacks and Defenses

Huashan Chen, Marcus Pendleton+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 96被引用 115

一句话总结

一个系统性综述，将以太坊安全在分层架构和环境中分为44个漏洞、26个攻击和47种防御，附根因分析与未来方向。

ABSTRACT

The blockchain technology is believed by many to be a game changer in many application domains, especially financial applications. While the first generation of blockchain technology (i.e., Blockchain 1.0) is almost exclusively used for cryptocurrency purposes, the second generation (i.e., Blockchain 2.0), as represented by Ethereum, is an open and decentralized platform enabling a new paradigm of computing --- Decentralized Applications (DApps) running on top of blockchains. The rich applications and semantics of DApps inevitably introduce many security vulnerabilities, which have no counterparts in pure cryptocurrency systems like Bitcoin. Since Ethereum is a new, yet complex, system, it is imperative to have a systematic and comprehensive understanding on its security from a holistic perspective, which is unavailable. To the best of our knowledge, the present survey, which can also be used as a tutorial, fills this void. In particular, we systematize three aspects of Ethereum systems security: vulnerabilities, attacks, and defenses. We draw insights into, among other things, vulnerability root causes, attack consequences, and defense capabilities, which shed light on future research directions.

研究动机与目标

• 系统地将以太坊安全问题在以太坊架构及其环境中按漏洞、攻击和防御进行分类。
• 识别漏洞的根本原因，并绘制攻击如何利用它们的路径。
• 分析现有防御的有效性与局限性，并概述未来研究方向。
• 总结面向以太坊安全系统的实用最佳实践与设计注意事项。

提出的方法

• 采用分层的以太坊架构（应用、数据、共识、网络、环境）来组织安全主题。
• 枚举44种漏洞类型（V1–V44），并分析其根本原因及当前状态（已消除、可通过最佳实践避免，或未解决）。
• 枚举26种攻击（A1–A26），并将其与相关漏洞及后果相关联。
• 枚举47种防御（D1–D47），并将其分类为主动防御或被动防御，并分析其能力与所需投入。
• 将 Solidity、Solidity 代码实践以及客户端实现（如 Geth、Parity）作为安全讨论的重点技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 以太坊中的主要漏洞类别及其在各架构层面的根本原因？
• RQ2 哪些攻击技术利用这些漏洞及其后果？
• RQ3 存在哪些防御机制，它们有多有效？在保护以太坊系统方面还存在哪些空白？
• RQ4 如何构建以太坊安全实践，以帮助研究人员和从业者预防和缓解攻击？

主要发现

• 以太坊引入的漏洞类型在传统应用中未见，由智能合约和以太坊设计驱动。
• 存在广泛的44个漏洞、26个攻击和47个防御被识别并分析。
• 以太坊环境中的漏洞在很大程度上受人为、可用性和网络因素影响。
• 主动防御可以缓解许多漏洞，但被动防御覆盖的范围较少，且前端与前端-后端交互存在空白。
• 如若充分应用，行业最佳实践可以防止许多漏洞。
• 应用层（DApps）攻击已造成重大经济损失，尽管某些DoS风格和集中式前端问题也带来影响。