以太坊突遭分叉的罪魁祸首：CVE-2021-39137漏洞成因及攻击分析

北京时间2021年8月27日20点50分左右（区块高度13107518），以太坊突然出现分叉。我们通过分析Geth的代码版本修改和这笔造成分叉的交易（0 x1cb6fb36633d270edefc04d048145b4298e67b8aa82a9e5ec4aa1435dd770ce4）厘清了以太坊分叉的根本原因：Geth旧版本在处理预编译合约调用时，并未考虑特殊情况（corner case）下参数值的处理，从而引发重叠拷贝（overlapping copy），导致返回值异常。该漏洞（CVE-2021-39137）已提交Geth官方，目前尚未披露细节，但攻击者已经利用漏洞实施了攻击。我们认为及时的分析和披露是必要的，也希望我们的分析能够为社区提供必要的理解和帮助。

攻击分析

运用我们的在线分析工具，可以看出：

这笔交易执行了一个精心构造的 STATICCALL, 攻击者将 addr 设为0 x04（是预编译合约dataCopy）, inOffset 为 0, inSize 为 32, retOffset 为 7, retSize 为 32。

由于STATICCALL的目标地址是预编译合约，所以会执行图二中的RunPrecompiledContract。

图三

根据图三和图四的代码，可以看到预编译合约0 x04真正执行的逻辑只是简单地把 in （指针）返回。

图五

图六

图五是STATICCALL的执行过程，753 行是执行预编译合约的入口，751 行的 args 指向 EVM 的 Memory 中 inOffset ~ inOffset ＋ inSize 这篇区域的指针，也就是说args 指向 Mem[0:32]；

根据图六以及前文对预编译合约0 x04（dataCopy）的分析，我们可以知道 753 行的返回值 ret 是与 args 完全相同的指针，也指向 Mem[0:32]；

• 在 1.10.7 版本的 Geth 中(有Bug): 762 行将 ret 指向的值赋给 EVM 的 Memory 中 retOffset ~ retOffset ＋ retOffset 这篇区域, 也就是将 Mem[0:32] 的值赋给 Mem[7:7＋32]； 而由于 ret 是一个指向Mem[0:32]的指针，这次 Memory.Set 修改了 Mem[7:32] 的值，也就修改了 ret 所指的值。

  所以在第 771 行返回的 ret 已经不是预编译合约执行结束时的 ret 了。

  
  

• 在 1.10.8 版本的 Geth 中（无Bug）: 增加了 766 行：

  ret ＝ common.CopyBytes（ret）, 将 Mem[0:32] 中的值做了一次深拷贝赋给ret，那么在 767 行执行的 Memory.Set 只会修改 Memory 而不会修改 ret， 在 771 行返回的 ret 就是正确的 ret。

总结

通过对整个攻击流程的梳理和Geth源代码的分析，我们认为根本原因在于Geth旧版本在处理预编译合约的调用时并未考虑异常值的处理，导致攻击者利用该漏洞实施了重叠拷贝，影响了返回值，最终导致分叉的出现。由于Geth是BSC、HECO、Polygon等公链的基础，因此该漏洞影响范围甚广。目前各公链也先后推出了升级和补丁，我们也呼吁各相关节点尽早升级打上补丁，以确保基础设施的安全。