細數DeFi預言機攻擊套路,這六種安全措施你需要了解

譯者注:價格預言機是去中心化金融(DeFi)的重要一環,然而,正是這一環節中可能存在的漏洞,導致很多DeFi專案遭受了災難性損失,有的損失甚至達到了數千萬美元,那這些攻擊到底是怎麼回事?又怎樣去預防它們?在這篇文章中,知名白帽駭客、Paradigm研究合夥人Samczsun分析了5個關於價格預言機攻擊的現實案例,並總結了6種抵禦這類攻擊的方法。

2019年末,我發表了一篇題為“利用低抵押獲利”的帖子,在這篇文章中,我描述了一種針對以太坊dApp的經濟攻擊,這種攻擊依賴於一個或多個代幣的準確價格資料。現在是2020年末,不幸的是,很多專案都犯了類似的錯誤,最近的例子是Harvest Finance,其遭遇了駭客攻擊,導致協議使用者集體損失達3300萬美元。

雖然開發者們已熟悉了可重入等漏洞,但預言機(oracle)操縱顯然不是經常被考慮的問題。事實上,基於可重入漏洞的攻擊,在過去幾年中有所下降,而基於價格預言機操縱的漏洞利用率,現在正在上升。因此,我認為是時候發表一些關於價格預言機操縱的確定性資料了。

這篇文章分為三個部分,在第一部分,我們會對那些不熟悉這一主題的人,對預言機和預言機操縱進行一個簡單介紹。而第二部分,則是一些案例研究(其中我們會回顧過去與預言機相關的漏洞和攻擊事件),那些想要測試自己知識的人,可以跳過它們。最後,我們總結了一些開發者可用來保護他們的專案不受預言機操縱的技術。

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現實生活中的預言機操縱

時間回到2015年12月1日(星期三),假設你現在的身份是David Spargo,現在你正在澳大利亞墨爾本的Peking Duk演唱會,你想去後臺休息室親自見見這支樂隊的成員,但有兩名保安攔在你的面前,他們不可能讓普通人直接進去。

你想知道,如果你表現得像Peking Duk樂隊的親屬,保安會有什麼反應。因為家庭成員肯定會被允許在後臺訪問樂隊,所以你所要做的就是讓保安相信你是樂隊的親戚。你想了一會兒,想出了一個計劃,而這個計劃只能被描述為“天才般”或“絕對瘋狂的”。

在迅速安排好一切之後,你自信地走到保安面前。你自我介紹自己是David Spargo,是Peking Duk樂隊的家庭成員,當警衛要求你提供證據時,你給他們看無可辯駁的證據——維基百科。

警衛揮手讓你過去,讓你稍等一下。一分鐘過去了,兩分鐘過去了……五分鐘後,你想知道你是否應該在執法人員出現之前逃跑。

就在你準備放棄的時候,Peking Duk樂隊成員Reuben Styles走了過來,然後你和他一起走進休息室,樂隊對你的聰明才智印象深刻,最後你們一起喝了幾杯啤酒,再後來,他們在自己的Facebook頁面上分享了當晚發生的事情。

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什麼是價格預言機?

價格預言機,大可指你向其諮詢價格資訊的任何東西。當帕姆(Pam)向德懷特(Dwight)詢問一Schrute元的現金價值時,德懷特(Dwight)就扮演了一個價格預言機。

在以太坊上,一切都是智慧合約,價格預言機也是如此。因此,區分價格預言機獲取價格資訊的方式更為有用。在一種方法中,你可以簡單地從價格API或交易所獲取現有的鏈外價格資料,並將其帶到鏈上。而另一類方式,你可以透過諮詢鏈上去中心化交易所(DEX)來計算即時價格。

這兩種選擇各有利弊。鏈外資料對波動性的反應通常較慢,這是好是壞,取決於你試圖使用它的目的,而這種方式通常需要少數特權使用者將資料推送到鏈上,因此你必須相信這些人不會做惡,也不會被迫推送壞的更新。而鏈上資料不需要任何特權訪問,並且總是最新的,但這意味著它很容易被攻擊者操縱,從而導致災難性的失敗。

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那可能出現什麼問題?

讓我們來看幾個關於價格預言機整合問題導致DeFi專案重大財務損失的例子。1、Synthetix sKRW預言機故障

Synthetix是一個衍生品平臺,它允許使用者訪問其他貨幣等資產。為了實現這一目標,當時的Synthetix依賴於一個定製的鏈外喂價實現,其喂價資料以固定的時間間隔釋出到鏈上。這些價格允許使用者對支援的資產做多或做空。

2019年6月25日,Synthetix依賴的一份喂價報告稱,韓元的價格比真實匯率高出1000倍。由於價格預言機系統中其他地方的錯誤,這一價格被系統接受併發布到鏈上,隨後一個交易機器人迅速進出這個sKRW市場。

儘管Synthetix團隊能與交易者協商,讓其返還資金(換取漏洞獎勵),但總的來說,這個機器人有能力賺取超過10億美元的利潤。

Synthetix正確地執行了價格預言機,並從多個來源獲取價格,以防止交易者在價格變化釋出到鏈上之前預測價格變化。然而,一個孤立的上游喂價故障導致了一次毀滅性的攻擊。這說明了使用鏈外資料的價格預言機的風險:你不知道價格是如何被計算的,因此你的系統必須經過仔細設計,以便正確處理所有潛在的失敗模式。

低抵押借貸

如上面提到的,我在2019年9月發表了一篇文章,其中概述了使用鏈上資料價格預言機的相關風險。雖然我強烈建議你閱讀這篇文章,但是它的篇幅很長,技術細節也很繁重,這可能會讓人難以理解。

因此,我會在這裡提供一個簡化的解釋。

想象一下,你把去中心化的借貸放到區塊鏈上。使用者可以將資產作為抵押品存放,也可以借入其他資產,而能夠借入的最高金額由他們存入的資產價值決定。假設一個使用者用ETH作為抵押品,然後借入USD,目前ETH的價格為400美元,抵押率為150%。

如果使用者存入375 ETH,則其存入的抵押品價值15萬美元,根據每1.5美元抵押品可借入1美元的規則,那麼該使用者最多可以從系統那借款10萬美元。

當然,在區塊鏈上,這並不像簡單地宣告1 ETH值400美元那麼簡單,因為惡意的使用者可以簡單地宣告1 ETH價值1000美元,然後從系統中拿走所有的錢。因此,開發者很容易會去接入像Uniswap、Kyber或其他去中心化交易所(DEX)的現貨價格。

乍一看,這似乎是正確的做法。畢竟,無論何時你想買或賣出ETH,Uniwap的價格總是大致正確的,因為套利者很快就會糾正任何偏差。然而,事實證明,去中心化交易所(DEX)的即期價格在交易期間可能會非常不正確,如下面的示例所示。

思考一下Uniswap的儲存功能,價格以儲備資產金額為基礎計算,但由於使用者在ETH和USD之間交易,儲備所持有的資產會發生變化。如果惡意使用者在從平臺貸款之前和之後執行交易,會怎樣?

在使用者貸款之前,他們以200萬 USD的價格購買了5000 ETH,現在,Uniswap 交易所計算的價格為1 ETH = 2,600 USD 。現在,他們的375個ETH 可以作為抵押,並借取最高65萬美元的資產。最後,他們將200萬美元換回 5000 ETH,這將重置價格,而你的借貸平臺則損失了55萬美元。

這個案例研究,說明了將去中心化交易所(DEX)用作價格預言機時遇到的最常見的錯誤 —— 攻擊者在交易過程中幾乎完全控制了價格,而試圖準確讀取該價格就像在完成結算之前先讀取磅秤上的重量一樣。

你可能會得到錯誤的數字,根據具體情況,這可能會花費你很多錢。2、 Synthetix MKR 操縱

2019年12月,Synthetix再次遭受價格預言機操縱攻擊,值得注意的是,這次攻擊跨越了鏈上資料和鏈外資料的界限。

使用者名稱為u/MusaTheRedGuard的Reddit使用者觀察到,一名攻擊者對sMKR和iMKR進行了一些非常可疑的交易。攻擊者首先透過購買sMKR來做多MKR,然後從Uniswap ETH/MKR資產交易對中購買大量MKR。在等待了一段時間後,攻擊者將他們的sMKR換成了iMKR空頭倉位,並將他們的MKR賣回Uniswap。然後他們重複了這個過程。

在幕後,攻擊者透過Uniswap進行的交易,允許他們隨意移動Synthetix上MKR的價格。這很可能是因為Synthetix所依賴的鏈外喂價,實際上依賴於MKR的鏈上價格,而且套利者沒有足夠的流動性來將市場重新設定到最佳條件。

這起事件說明了一個事實:即使你認為自己在使用鏈外價格資料,但實際上你可能仍然在使用鏈上價格資料,而且你可能仍然會因為使用這些資料,而遭遇到複雜的攻擊。3、 bZx駭客事件

2020年2月,bZx在幾天內遭受兩次駭客攻擊,損失價值約為100萬美元。你可以這裡找到由palkeo編寫的關於兩次駭客攻擊的優秀技術分析文章,但我們在這隻關注第二次攻擊。

在第二次駭客攻擊中,攻擊者首先使用ETH購買了Kyber上幾乎所有的sUSD,然後,攻擊者從Synthetix平臺購買了第二批sUSD,並將其存放在bZx上。利用sUSD作為抵押品,攻擊者借用了他們被允許的最大數量的ETH,然後他們把sUSD賣回給了Kyber。

如果你注意到了,你會發現,這本質上是同樣的低抵押借貸攻擊,但使用了不同的抵押品和不同的去中心化交易所。4、 yVault漏洞

2020年7月25日,我報告了一個關於yEarn推出的新yVault合約的漏洞,你可以在這裡讀到關於這個漏洞的官方公告,但我將在下面簡要總結一下。

yVault系統允許使用者在不需要自己管理的情況下存入代幣並賺取收益。在內部,這個金庫跟蹤鑄造的yVault代幣的總金額以及存放的基礎代幣的總金額。單個yVault代幣的價值,由鑄造的代幣與存入的代幣的比率來確定。金庫獲得的任何收益,都會分攤到所有鑄造的yVault代幣上(因此,也會分攤到所有的yVault代幣持有者)。

第一個yVault允許使用者透過向Balancer MUSD/USDC儲備池提供流動性來獲得USDC收益。當使用者向Balancer提供流動性時,他們會收到BPT作為憑證(可用於贖回池中的資產)。因此,yVault根據其BPT可贖回的MUSD/USDC金額計算其持有的價值。

這似乎是正確的實現,但不幸的是,與前面提到的原理相同 —— 交易期間,Balancer池的狀態是不穩定的,因此不可信任。在這種情況下,由於Balancer選擇的聯合曲線,在USDC和MUSD之間進行交換的使用者將不會獲得1:1的匯率,但實際上會在儲備池中留下一些MUSD。這意味著BPT的值可以暫時膨脹,這使得攻擊者可以隨意操縱價格並隨後耗盡金庫。

這一事件表明,價格預言機並不總是可靠的,開發者需要警惕他們正在攝取什麼樣的資料,並考慮這些資料是否可以被非特權使用者輕易操縱。5、Harvest Finance駭客攻擊

2020年10月26日,一位匿名使用者用一種(現在你可能已猜到的)技術攻擊了Harvest Finance 儲備池。你可以在這裡閱讀官方的分析報告,但我要再次為你總結下:攻擊者透過執行交易使得Curve池中的USDC價格降低,然後以降低的價格進入Harvest池子,透過逆轉先前的交易恢復價格,並以更高的價格退出Harvest 池子。這最終導致使用者損失了3300萬美元。

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如何自我保護?

現在,我希望你瞭解了價格預言機操縱攻擊,此外,如果你不採取適當的防禦措施,攻擊者可能會欺騙你的協議,讓其乖乖把錢交給他們。雖然目前並沒有適用於所有情況的解決方案,但還是有一些曾在其他專案中奏效的解決方案,也許其中一款也會適合你。建議1: 不跳入淺市場

就像跳入游泳池的淺水區一樣,跳入一個淺市場也是痛苦的,這可能會導致巨大的損失,從而永遠改變你的生活。在考慮具體的價格預言機計劃之前,先考慮一下代幣的流動性是否足以保證與你的平臺整合。建議2:一鳥在手勝過兩鳥在林(指到手的,才是真實的)

看到Uniswap上的潛在匯率可能會讓人著迷,但在你真正點選“trade”按鈕,並將代幣放到錢包中之前,一切都不會是最終的。同樣,要確定兩種資產之間的匯率,最好的方法就是直接交換資產。這種方法很好,因為沒有撤消,也沒有假設。然而,對於貸款平臺這樣的協議來說,它可能不起作用,因為這些協議需要保留原始資產。建議3:幾乎去中心化的預言機

總結依賴鏈上資料預言機所存在的一種問題是,它們的更新有點過快。如果是這樣,為什麼不引入一點人為的延遲呢?寫一個合約,用去中心化交易所(例如Uniswap)的最新價格更新自己,但需要透過少數特權使用者。現在,即使攻擊者可以操縱價格,他們也無法利用這一點。

這種方法實現起來很簡單,而且很容易見效,但它也有一些缺點 —— 在區塊鏈擁堵的時候,你可能無法按自己希望地那樣快速更新價格,而且你仍然容易受到三明治攻擊(sandwich attacks)。另外,現在,你的使用者還需要信任你會保持價格的更新。建議4: 增加最短延遲

操縱價格預言機是一種對時間敏感的操作,因為套利者總是在觀察,並希望有機會最佳化任何次優市場。如果攻擊者想把風險降到最低,他們會想在單筆交易中完成操縱價格預言機所需的兩筆交易,這樣套利者就沒有機會跳到中間。作為協議開發者,如果你的系統支援它,那麼只需要在使用者進入和退出系統之間實現一個最短的延遲就足夠了。

當然,這可能會影響可組合性,並且礦工與交易者的合作正在增加。在未來,不良行為者有可能在多筆交易中執行價格預言機操縱,因為他們知道礦工將確保沒有人能夠跳入中間並從中獲利。建議5:時間加權平均價格(TWAP)

Uniswap V2引入了一種時間加權平均價格(TWAP)預言機,以供鏈上開發者使用。這篇文件詳細地介紹了這種預言機提供的確切安全保證,一般來說,對於長時間沒有鏈擁堵的大型資產池,這種TWAP預言機對預言機操縱攻擊具有很強的抵禦能力。然而,由於其實施的性質,它可能無法對市場劇烈波動的時刻做出足夠快的反應,而且它只適用於具有鏈上流動性的代幣資產。建議6: M-of-N 報告者機制

有時候人們會說,如果你想把事情做好,就自己去做。那如果你把N個值得信賴的朋友集合起來,讓他們提交他們認為正確的鏈上價格,然後取M個最好的答案匯聚成當前價格,那會怎麼樣呢?

如今,很多大型專案都在使用這種方法:Maker執行一組由可信實體操作的喂價,Compound建立了Open Oracle,並有像Coinbase這樣的預言機報價者,Chainlink聚合了來自Chainlink運營商的價格資料,並在鏈上公開了這些資料。請記住,如果你選擇使用這些解決方案之一,那麼你現在已經將信任委託給了第三方,而你的使用者也必須這樣做。要求報價者在鏈上手動釋出最新資訊也意味著,在市場高度波動及區塊鏈擁堵的時期,價格更新可能無法按時完成。

結論

價格預言機對於DeFi 安全性而言,是一個重要,但經常被忽視的組成部分。安全地使用價格預言機是很困難的,有很多方法可以讓你以及你的使用者都措手不及。在這篇文章中,我們討論了一些價格預言機被操縱的例子,並確定在交易過程中讀取價格資訊可能是不安全的(從而導致可能的災難性財務損失)。我們還討論了其他專案在過去採用的,用於抵禦預言機價格操縱的一些技術。最後,每一種情況都是獨一無二的,你可能會發現自己不確定是否正確地使用了價格預言機。如果是這種情況,請隨時尋求建議。

特別感謝Dan Robinson和Georgios Konstantopoulos審閱了這篇文章。

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