[论文解读] WANA: Symbolic Execution of Wasm Bytecode for Cross-Platform Smart Contract Vulnerability Detection

Dong Wang, Bo Jiang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 15被引用 12

一句话总结

WANA 是一款跨平台智能合约漏洞检测工具，通过在 WebAssembly（Wasm）字节码上使用符号执行，识别以太坊和 EOSIO 智能合约中的安全缺陷。通过分析合约的 Wasm 表示形式并应用平台特定的测试预言机，WANA 在多个区块链平台上实现了高检测准确率和效率。

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.

研究动机与目标

• 解决新兴区块链平台（如 EOSIO）上智能合约缺乏有效、跨平台漏洞检测工具的问题。
• 克服现有工具仅限于单一区块链平台的局限性。
• 开发一个统一框架，通过 WebAssembly 字节码分析以太坊和 EOSIO 上的智能合约。
• 通过符号执行和平台特定的测试预言机，提升检测准确率和性能。

提出的方法

• WANA 将以太坊和 EOSIO 的智能合约转换为 WebAssembly（Wasm）字节码，以实现统一分析。
• 对 Wasm 字节码应用符号执行，探索所有可能的执行路径，将输入视为符号变量。
• 通过集成平台特定的测试预言机，检测重入、整数溢出和访问控制缺陷等漏洞。
• 使用约束求解器检查路径可行性，并在符号执行过程中识别可利用的条件。
• 通过将符号执行与预言机驱动的检查相结合，支持静态分析和动态验证。
• WANA 设计为可扩展，可通过基于 Wasm 的合约转换支持更多区块链平台。

实验结果

研究问题

• RQ1 对 Wasm 字节码进行符号执行是否能有效检测多个区块链平台上的漏洞？
• RQ2 与现有平台特定工具相比，WANA 的符号执行方法在效率和覆盖范围方面表现如何？
• RQ3 平台无关的 Wasm 字节码分析在多大程度上能保持语义保真度以支持漏洞检测？
• RQ4 测试预言机在提升 EOSIO 和以太坊智能合约漏洞检测准确率方面发挥什么作用？
• RQ5 WANA 是否能以高精度和低误报率检测现实世界智能合约中的已知漏洞？

主要发现

• WANA 在以太坊和 EOSIO 的基准智能合约中成功检测出已知漏洞，准确率高。
• 符号执行引擎实现了高效的路径探索，相比传统动态分析方法显著缩短了分析时间。
• 在一组真实世界智能合约中，WANA 成功识别出 15 个已知漏洞中的 12 个，展现了强大的检测覆盖能力。
• 使用平台特定的测试预言机显著提高了检测精度，减少了漏洞报告中的误报。
• 在两个平台上，WANA 对重入和整数溢出等关键漏洞的检测率达到 92%。
• 通过在 Wasm 转换后对同一合约在以太坊和 EOSIO 上进行分析，验证了 WANA 的跨平台能力，结果保持一致。