智能合约验证新纪元:Manticore-Verifier简化安全属性测试

本文介绍Trail of Bits推出的manticore-verifier工具,它允许开发者用Solidity编写安全属性测试,并自动通过符号执行进行验证,大幅降低智能合约的安全测试成本与初始投入。

合约验证变得更简单

智能合约开发者现在可以用编写代码的同一语言(Solidity)来表达安全属性,而我们的新工具manticore-verifier将自动验证这些不变量。更棒的是,Echidna和Manticore共享相同的属性测试规范格式。

换句话说,智能合约开发者现在可以编写一次属性测试,并通过模糊测试和符号执行进行验证!最终,manticore-verifier降低了符号化测试任意属性所需的初始工作和成本。

工作原理

智能合约的行为及其潜在错误通常是独特的,并且严重依赖于未明说的合约不变量。让我们测试一个简单的合约:

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contract Ownership{
    address owner = msg.sender;
    function Owner() public{
        owner = msg.sender;
    }
    modifier isOwner(){
        require(owner == msg.sender);
        _;
    }
}
contract Pausable is Ownership{
    bool is_paused;
    modifier ifNotPaused(){
        require(!is_paused);
        _;
    }
    function paused() isOwner public{
        is_paused = true;
    }
    function resume() isOwner public{
        is_paused = false;
    }
}
contract Token is Pausable{
    mapping(address => uint) public balances;
    function transfer(address to, uint value) ifNotPaused public{
        balances[msg.sender] -= value;
        balances[to] += value;
    }
}

该合约维护一个余额表并允许简单交易。用户可以将代币发送给其他用户,但代币总量必须保持固定——换句话说,合约启动后不能创建代币。因此,在这个不变量下,一个有效的属性可以表述为:“如果只有10,000个代币,没有用户能拥有超过这个数量。”

我们可以将这个属性表达为一个Solidity方法:“crytic_test_balance”。

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import "token.sol";
contract TestToken is Token {
    constructor() public{
        balances[msg.sender] = 10000;
    }
    // the property
    function crytic_test_balance() view public returns(bool){
        return balances[msg.sender] <= 10000;
    }   
}

模拟世界

ManticoreEVM编译并在完全模拟的符号区块链中创建合约。不同的普通账户也在那里创建,以复制真实世界的情况。一个部署者账户用于部署合约,其他账户用于探索合约并尝试破坏属性,最后,一个可能不同的账户用于测试属性。

ManticoreEVM检测高级源代码中存在的属性类型方法,并在每次符号交易组合后检查它们。如果方法返回false,则正常属性被视为失败。

循环(探索)

部署者账户最初通过CREATE交易创建目标合约。然后manticore-verifier模拟所有可能的来自合约测试者的交错交易,直到(例如)找不到更多覆盖。在每次符号交易之后,以属性检查器账户的名义检查属性,如果发现任何问题,会生成一个可复现的利用跟踪报告。

像crytic_test_balance()这样的正常属性预期返回true;任何其他结果都被报告为问题。

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manticore-verifier dapp.sol –contract TestToken

这是一个基于命令行的工具。

探索的多个方面、停止条件和使用的用户账户可以通过命令行参数修改。尝试$manticore-verifier –help获取完整列表。以下是实际操作中的摘录:

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$manticore-verifier dapp.sol  --contract TestToken

# Owner account: 0x28e9eb58c2f5be87161a261f412a115eb85946d9
# Contract account: 0x9384027ebe35100de8ef216cb401573502017f7
# Sender_0 account: 0xad5e556d9699e9e35b3190d76f75c9bf9997533b
# PSender account: 0xad5e556d9699e9e35b3190d76f75c9bf9997533b
# Found 1 properties: crytic_test_balance
# Exploration will stop when some of the following happens:
# * 3 human transaction sent
# * Code coverage is greater than 100% measured on target contract
# * No more coverage was gained in the last transaction
# * At least 1 different properties where found to be breakable. (1 for fail fast)
# * 240 seconds pass
# Starting exploration...
Transaction 0. States: 1, RT Coverage: 0.0%, Failing properties: 0/1
Transaction 1. States: 2, RT Coverage: 60.66%, Failing properties: 0/1
Found 1/1 failing properties. Stopping exploration.
60.66% EVM code covered 
+---------------------+------------+
|    Property Named   |   Status   |
+---------------------+------------+
| crytic_test_balance | failed (0) |
+---------------------+------------+
Checkout testcases here:./mcore_kkgtybqb

注意,每个失败的属性都会有一个相关的测试用例编号。更多细节可以在指定的测试用例文件中找到:./mcore_kkgtybqb/user_000000.tx

发现Bug!

在我们的示例中,manticore-verifier找到了一种破坏指定属性的方法。当尝试转移一个极其大量的代币时,内部整数表示超出其限制,使得可以增加发送者的储蓄,即凭空创建代币。

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transfer(0,115792089237316195422001709574841237640532965826898585773776019699400460720238) -> STOP (*)

结论:互操作性=101%

manticore-verifier降低了符号化测试任意属性的初始成本。它还允许我们的符号执行器更紧密地与Solidity、Echidna和slither-prop合作。

相同的方法论可以与我们的以太坊模糊测试器Echidna一起使用。因此,您可以编写一次属性,并通过符号执行和模糊测试进行测试,无需额外努力。

manticore-verifier可以检查自动生成的ERC20属性。此外,我们的静态分析器slither-prop具有关于ERC20合约应该做什么的详细信息,并且可以自动为ERC20生成manticore-verifier可以检查的属性。

所以,获取您的合约,添加属性方法,并随意使用manticore-verifier进行测试。如果您有任何问题,请加入Empire Hacking Slack。

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