從合約為什麼要分類出發，結合每個場景可能面對怎樣的惡意攻擊，最終給出一套達成相對安全的合約分類分析算法。

作者：十四君

封面： Photo by  John Thomas  on  Unsplash

在智能合約領域，” 以太坊虛擬機 EVM” 以及其算法和數據結構就是第一性原理。

本文從合約為什麼要分類出發，結合每個場景可能面對怎樣的惡意攻擊，最終給出一套達成相對安全的合約分類分析算法。雖然技術含量較高，但亦可作為雜談讀物，一覽去中心化系統間博弈的黑暗森林。

1、合約為什麼要分類？

因為太重要了，可謂是交易所、錢包、區塊鏈瀏覽器、數據分析平台等等 Dapp 的基石！

一筆交易之所以是 ERC20 轉賬，是因為他的行為符合 ERC20 標準，至少得有：

  1. 交易的狀態是成功
  2. To 地址為某個符合 ERC20 標準的合約
  3. 調用了 Transfer 函數，其特點是該交易 CallData 的前 4 位為 0xa9059cbb
  4. 執行後，在該 To 地址上發出了 transfer  的事件

分類有誤則交易行為會誤判

以交易行為為基石，則 To 地址能否被準確分類則對其 CallData 的判斷會有截然不然的結論。對 Dapp 而言，鏈上鍊下的信息溝通高度依賴於交易事件的監聽，而同樣的事件編碼也只有在符合標準的合約中發出，才具有可信度。

分類有誤則交易會誤入黑洞

如果用戶進行一筆 Token 轉移，轉入到某個合約中，如果該合約沒有預設 Token 轉出的函數方法，則資金會雷同於 Burn 一樣被鎖定，無法控制

且如今大量項目開始增加內置的錢包支持，要為用戶管理錢包也就不可避免的，需要時刻從鏈上實時分類出最新部署的合約，是否能夠吻合資產標準。

拓展閱讀第 1 段：【合約解讀】CryptoPunk 世界上最早的去中心化 NFT 交易市場

2、分類會有怎樣的風險？

鏈上是一個沒有身份沒有法治的地方，你無法制止一筆正常的交易，哪怕他是惡意的。

他可以是冒充外婆的狼，做出多數符合你預期的外婆行為，但目的是進屋搶劫。

聲明標準，但可能實質不符合

常見的分類方式是直接採用 EIP-165 標準，讀取該地址是否支持 ERC20 等，當然，這是一個高效率的方法，但是畢竟合約是對方控制，所以終究是可以偽造出一份申明。

165 標準的查詢，只是在鏈上有限的操作碼中，用最低成本去防止資金轉入黑洞的方法。

這也是為什麼我們之前分析 NFT 的時候，特地提及標準中會有一類 SafeTransferFrom  的方法，其中 Safe  就是指代了採用 165 標準判斷出對方聲明自己具備了 NFT 的轉移能力。

拓展閱讀第 2.2 段：【源碼解讀】你買的 NFT 到底是什麼？

唯有從合約字節碼出發，做源碼層面的靜態分析，從合約預期的行為出發才有更精準的可能性。

3、合約分類方案設計

接下來咱們將系統的分析整體方案，注意我們的目的是 “精度” 和 “效率” 兩項核心指標。

要知道即使方向是對的，但要抵達大洋的彼岸路途也並不明朗，要做字節碼分析的第一站是獲取代碼

3.1、如何獲取到代碼？

從上鍊後的角度講有 getCode，一個 RPC 方法，可以從鏈上指定的地址裡獲取到字節碼，單論讀取的話這是非常快捷的，因為從 EVM 的賬號結構中就把 codeHash 放在最頂端的位置。

但是這個方法等於是單獨對某個地址做獲取，想要進一步提升精度和效率呢？

如果是部署合約的交易，如何在其剛執行完甚至他還在內存池中便獲取部署的代碼？

如果該筆交易是合約工廠的模式，則交易的 Calldata 裡是否存在源碼呢？最後的我的方式是，是分類進行一種類似篩子的模式

  1. 對於非合約部署的交易，則直接用 getCode  獲取其中涉及的地址進行分類，
  2. 對於最新內存池的交易，篩選出 to 地址為空的交易，其 CallData 則是帶有構造函數的源代碼
  3. 對於合約工廠模式的交易，由於其中可能是合約部署出的合約再循環調用其他合約來執行部署，則遞歸的去分析該筆交易的子交易，記錄每個 type 為 CREATE  或者為 CREATE2  的 Call。

我做了個 demo 實現的時候，發現還好現在 rpc 的版本比較高，因為整個過程最難的便是執行 3 的時候，如何遞歸找到指定 type 的 call，最底層的方式是通過 opcode 還原上下文，我吃了一驚！

還好現在的 geth 版本里有 debug_traceTransaction  方法，他可以幫助解決在通過 opcode 操作碼中梳理每一個 call 的上下文信息，整理出核心的字段。

最終可以對多種部署模式的（直接部署，工廠模式單部署，工廠模式批量部署）的原始字節碼都獲取到。

3.2、如何從代碼分類？

最最簡單但不安全的方式，是把 code 直接做字符串匹配，以 ERC20 為例符合標準的函數則有

圖片

在函數名之後的，則是該函數的函數簽名，之前在分析的時候提及，交易都是依賴匹配 callData 的前 4 位找到目標函數的，拓展閱讀：

所以合約字節碼裡必然存儲有這 6 個函數的簽名。

當然，這種方法非常快捷 6 個都查到就完事的，但不安全的因素則是，如果我採用 solidity 合約中，單獨設計一個變量，存儲值為 0x18160ddd  那麼他也會將認為我有了這個函數。

3.3、準確率提升 1-反編譯

那進一步的準確方法則是做 Opcode 的反編譯！反編譯則是將獲取到的字節碼轉到操作碼的過程，更高級的反編譯則是再轉成偽代碼，更利於人的閱讀，這次我們用不上，反編譯的方法列於文末的附錄中。

solidity（高級語言）->bytecode(字節碼)->opcode(操作碼)

我們就可以清晰的發現一個特徵，函數簽名都會被 PUSH4  這個操作碼所執行，所以進一步的方法則是從全文中提取 PUSH4 後的內容，與函數標準做匹配。

我也簡單做了下性能實驗，不得不說 Go 語言的效率很強大，1W 次反編譯只需要 220ms。接下來的內容會有一定難度

3.4、準確率提升 2-找代碼塊

上文中準確率有所提升但還不夠，因為是全文搜索 PUSH4  的，因為我們仍然可以構建一個變量，是 byte4  的類型，這樣一來也會觸發 PUSH4  的指令。在我苦惱的時候，想到一些開源項目的實現，ETL 是一個讀取鏈上數據做分析的工具，其中會解析出 ERC20、721 的轉移單獨成表，所以必然具備分類合約的能力。

分析下來，可以發現他是基於代碼塊的分類，只處理第一個 basic_blocks[0]裡的 push4  指令那問題來到了，如何準確判斷代碼塊了

代碼塊的概念源於 REVERT + JUMPDEST  這 2 個連續的操作碼，這裡必然需要連續的 2 個，因為在整個函數選取器的 opcode 區間裡，如果函數數量過多，則會出現翻頁的邏輯，那也會出現 JUMPDEST  這個指令。

3.5、準確率提升 3-找函數選擇器

函數選擇器的作用是，讀取該筆交易的 Calldata 的前 4 位字節，並與代碼中預設有的合約函數簽名進行匹配，協助指令跳轉到存儲了該函數方法指定的內存位置讓我們嘗試一個最小的模擬執行這部分是兩個函數的選擇器 store(uint 256) 和 retrieve()，可算出簽名是 2e64cec1，6057361d

60003560e01c80632e64cec11461003b5780636057361d1461005957

進行反編譯後，則會得到如下的操作碼串，可以說分兩個部分

第一部分：

在編譯器中在合約中僅函數選擇器部分會去獲取到 callData 的內容，寓意是獲取其 CallData 的函數調用簽名，註釋如下圖。

我們可以通過模擬 EVM 的內存池變化來看看效果

第二部分：

判斷是否與選擇器的值匹配的過程

1、‍將 retrieve() 的 4 字節函數簽名 (0x2e64cec1) 傳入 stack 上，

2、EQ 操作碼從 stack 區彈出 2 個變量，即 0x2e64cec1 和 0x6057361d，並檢查它們是否相等

3、PUSH2 將 2 個字節的數據 (這里為 0x003b，十進制為 59) 傳入 stack，stack 區有一個叫做程序計數器的東西，它規定了下一個執行命令在字節碼中的位置。這裡我們設置 59，因為那是 retrieve() 字節碼的起始位置

4、JUMPI 代表” 如果…，則跳轉至…”，它從 stack 中彈出 2 個值作為輸入，如果條件為真，程序計數器將被更新至 59。

這就是 EVM 是如何根據合約中的函數調用，來確定它需要執行的函數字節碼的位置的原理。實際上，這只是一組簡單的 “if 語句”，用於合約中的每個函數以及它們的跳轉位置。

4、方案總結

整體簡述如下

  1. 每個合約地址可以通過 rpc  getcode  或者 debug_traceTransaction，獲取到部署後的 bytecode  ，採用 GO 中 VM 和 ASM 庫，反編譯後即獲取到 opcode
  2. 合約在 EVM  運行原理中，會有以下特徵
    1. 採用 REVERT+JUMPDEST 這 2 個連續的 opcode  作為代碼塊的區分
    2. 合約必然具備函數選擇器的功能，該功能也必然在第一個代碼塊上
    3. 函數選擇器中，其函數方法均採用 PUSH4 作為 opcode ，
    4. 該選擇器所包含的 opcode 中，會出現連續的 PUSH1 00; CALLDATALOAD; PUSH1 e0; SHR; DUP1，核心功能是加載 callDate 數據並進行位移操作，從合約功能上其他語法不會產生
  3. 對應的函數簽名在 eip  中定義，並且有必选和可選的明確說明

4.1、唯一性證明

走到這裡我們就可以說，基本實現高效率，高準確率的合約分析方法了，當然既然已經嚴謹了這麼久，不妨再嚴謹一些，我們上文方案里中基於 REVER+JUMPDEST 來做代碼塊的區分，結合其中必然的 CallDate 加載和位移來做唯一性判斷，那是否存在，我可以用 solidity 合約也實現出類似的操作碼序列呢？我做了下對照實驗，從 solidity  語法層面雖然亦有 msg.sig  等獲取 CallData  的方法，但編譯後其 opcode  的實現方法不同

5、總結

洋洋灑灑這麼分析下來，3 天時間就過去了。雖然非常的細緻，雖然日常中會遇到合約採用 byte4 來惡意混淆自己是否符合標準的合約可能是九牛一毛。所以，實際上這 3 天投入分析的 ROI 是非常低的。但是在無盡的時間長河裡，概率再小的事情，也終將發生。怀揣不信任原則才能在 web3 的世界裡，走的更遠。
今天有好友問我一個很有思考深度的話題，作為產業 KOL 的終局是什麼？你的商業模式是什麼？雖然我知道技術的文章，總是流量慘淡，但流量本就不是目的，我希望始終都在最初的願景上： 以技術的視角，洞察產業發展的關鍵變化，分享產業發展中的過往經驗與未來機會，為新時代的建設者提供差異化的幫助。

附錄

如需 opcode 樣例以及 Go 進行反編譯的樣例代碼，可公眾號後台回复” 合約分類” 獲取。

依賴庫：

https://pkg.go.dev/github.com/ethereum/go-ethereum@v1.11.6/core/asm#Compiler.Feed

https://pkg.go.dev/github.com/ethereum/go-ethereum@v1.11.6/core/vm

原理解析:

https://whileydave.com/2023/01/04/disassembling-evm-bytecode-the-basics/

https://yanniss.github.io/elipmoc-oopsla22.pdf

https://yanniss.github.io/gigahorse-icse19.pdf

https://www.evm.codes/?fork=shanghai

https://learnblockchain.cn/article/4800

https://learnblockchain.cn/article/3647

開源項目源碼參考:

https://github.com/blockchain-etl/ethereum-etl/blob/2da9d050f4ae4fa4e818bbfb22d5cfb5234b2e29/ethereumetl/service/eth_contract_service.py#L29-L43

https://github.com/ethereum/evmdasmhttps://github.com/tintinweb/ethereum-dasm/blob/master/ethereum_dasm/evmdasm.py#L342

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