在以太币上安裝 “定时炸弹”_钱包

在以太币上安裝 “定时炸弹”

文中是解读我还在 go-ethereum（Geth）手机客户端中发觉的 Bug 系列产品的第二篇。假如你还不掌握它，可以看第一篇（汉语译版）。

本文要讲的 bug 坐落于 Geth 手机客户端的状态下载工具内，它能够用于蒙下载工具，使之不可以与主网恰当同歩。网络攻击能够运用这一 bug 给以太币区块链设定圈套、随意开启硬分岔。

如果你想运作一个以太币节点的情况下，最先务必同歩上全部互联网，即，免费下载和测算搭建全新区块時刻的区块链状态需要的全部数据信息。依据客户本身的必须，同歩方法能够在安全系数和速率中间有一定的选择，因此（在发文之时） Geth 适用二种同歩方式：彻底同歩和迅速同歩。

说白了，彻底同歩便是单独地实行完对以太币区块链的全部同歩全过程。这就代表着，你的 Geth 节点会免费下载和认证每一个区块的劳动量证实（PoW），除此之外，它还会继续测算区块内的每一条事务管理；从而，节点能够在当地转化成区块链的全新状态，而不用信赖其他节点。这类方式更安全性，但速率上面有非常大放弃。Geth 的彻底同歩很有可能要花几日甚至几个星期不一的時间。

可是，有一些客户很有可能不愿等上几个星期。或许她们的時间太紧，又或是，她们并不感觉这类放弃是非常值得的。因而，Geth 给予了一个方式：在最近的某一区块（称之为 “pivot 区块”）以前的全部链数据信息，都用迅速的方式 来同歩，仅有 pivot 区块以后的区块链，才应用变慢的彻底同歩优化算法。在迅速同歩方式中，Geth 会免费下载区块，但仅任意选择一些区块来认证劳动量证实，而不是每一个区块都认证；并且，它也将不会再自身实行事务管理，只是从互联网中的其他节点处直接下载状态树，为此得到最后的区块链状态。

自然，Geth 也不会盲目跟风坚信别的节点送回的状态树数据信息，由于一个故意的节点还可以宣称某一帐户仅有一点点钱（但具体有很多）。要了解 Geth 怎样能鉴别接到的数据信息恰当是否，大家先要了解内塔尼亚胡帕特里夏树（Merkle-Patricia trie）。

内塔尼亚胡帕特里夏树（MPT）是 Geth 手机客户端中的一种重要算法设计，它是默克尔树和帕特里夏树二者的融合。

简单点来说，帕特里夏树会根据数据信息的作为前缀将数据信息存到一个树形结构构造中。相比于其他技术性（如哈希表，hashmap）而言，帕特里夏树自身特别适合储存类似的数据信息，虽然在速率上很有可能有一定的放弃。下边讨论一下，好几个以 r 开头的单词是怎样存到一棵帕特里夏树里的。

然后而言说默克尔树。在一棵默克尔树上，每一个叶节点是数据信息的哈希值，每一个非叶节点是它的三个子节点的哈希值。假如客户知道默克尔树的内塔尼亚胡根（即，顶部哈希值），而且要想确定某一数据信息是不是储存在这里棵树里，他只必须采用这棵树枝的一条途径，这条途径所涉及到的节点总数只跟叶节点总数的多数（留意并不是叶节点总数）正相关。如下图所显示，假定客户要证实 L2 储存在这里棵树里，他只需给予 Hash 0-0 和 Hash 1。然后，认证者转化成 Hash 0-1、Hash 0 和 Top Hash，再将 Top Hash 与其说所预估的内塔尼亚胡根开展较为。

内塔尼亚胡帕特里夏树将帕特里夏树根据作为前缀的存储结构与默克尔树紧密结合，造就出了一种新的算法设计，不但适用密码算法认证方法，并且还能保持稳定的运作时特性。

在内塔尼亚胡帕特里夏树中，键合值全是随意的字节数串。要想得到一个键的值，大家最先要将这一键转化成一个十六进制标识符编码序列，即，将每一个字节数变为2个十六进制标识符。随后，我们要先依据编码序列中的第一个标识符，向根节点查看下一个节点是啥；获得此子节点后，再依据第二个标识符往下查看节点，依次类推，直到寻找最后一个节点，得到最终一个字符。

在下面这一事例中，我们可以见到内塔尼亚胡帕特里夏树事实上包括三种不一样的节点。拓展节点（在 Geth 代码库中又被称作短节点）是历经提升的，承担储存一连串标识符。在下面的图所显示实例中，根节点储存了全部以 a7 开始的键，不用应用2个不一样的节点来意味着 a 和 7。支系节点（或称 “详细节点”）包括每一个很有可能标识符的表针及其一个附加的空挡来储存当今节点的值。最终，叶节点（又被称为值节点）的 key-end 字段名必定与其说所储存的 key 的后缀名相符合 1 。

即然大家早已了解内塔尼亚胡帕特里夏树是怎样运行的了，我们可以逐渐研究什么叫全局性状态树。

区块链的绝大多数数据信息都储存在全局性状态树中。尽管将状态树做为独一无二的实体线包括在每一个区块内这一构想看起来便捷，但事实上每一个区块都需要拷贝详细的状态树是极为低效能的，由于每一个区块中间的状态树仅有细微差别。Geth 选用了不一样的计划方案。你能想像一下，Geth 维护保养了一个 MPT 节点池。每一个区块的状态树仅仅全部池的非空子集。每每有新的区块被挖到或导进，便会有新的 MPT 节点被加上到池中。

要想鉴别节点池中的根节点，大家务必查看区块头。每一个区块都包括一个偏向 stateRoot 的字段名，该字段名偏向 MPT 的根节点（而该 MPT储存以帐户详细地址  2 做为键的帐户数据信息）。这样一来，Geth 就可以应用大家上文叙述的优化算法查看账户信息，如随意详细地址的 nonce 或账户余额。

一定要注意，如果是合约得话，帐户状态将包括一个非空的 storageRoot 字段名和 codeHash 字段名。storageRoot 字段名偏向另一个根节点。可是，这时所涉及到的 MPT 的主要用途是储存该合约的储存项数据信息；该 MPT 会将储存空挡（storage slot）做为键，将原始记录做为值。

为了更好地将 MPT 储存在硬盘上，Geth 挑选应用 LevelDB 做为数据库查询。殊不知，LevelDB 是只适用字符串数组到字符串数组投射的键值数据库查询，MPT 并不是字符串数组到字符串数组投射。为了更好地处理这个问题，Geth 将每一个节点编为键值对，进而完成全局性状态树的扁平化设计：将节点的哈希值做为键，将实例化的节点做为值。这样一来，Geth 就能查看随意区块的状态树，由于区块头里的 stateRoot 字段名便是键，能够用于搜索 LevelDB 中的实例化 MPT 节点（译员注：即一棵 MPT 的根节点）。

因而，假定你运行了一个 Geth 节点，并应用迅速同歩方式联接到互联网。Geth 将批量下载全部区块数据信息，可是不实行一切事务管理。没多久以后，你将获得一个沒有状态信息内容的区块链。这时，Geth 根据状态下载工具从 pivot 区块的 stateRoot 逐渐开展同歩。

状态下载工具会向对等节点请求与 MPT 节点键相匹配的 MPT 节点数据信息。接到結果后，状态下载工具会对节点数据信息开展hach测算，认证获得的哈希值是不是与节点键同样。假如同样，状态下载工具就了解这一 MPT 节点是恰当的，随后便会推送大量请求，请求该 MPT 节点的每一个子节点。

假如碰到叶节点（包括实例化的帐户状态），帐户的编码和状态树将排长队等候被获得。

一定要注意同歩子树和初始内容中间的差别。尽管二者都免费下载随意的数据信息块，可是假如同步控制器预估要同歩的是初始树，它会将该数据信息分析为树节点，并逐渐同歩他的儿子节点。另一方面，假如同步控制器预估要同歩的是初始内容，它会将数据信息块载入数据库查询并停止。

此外还需要留意的是，Geth 要想数次向同一个节点推送请求的状况并许多见。比如，假如2个合约储存同样的数据信息，那他们的 stateRoot 很有可能同样，也是有很有可能发生2个帐户有着一样的帐户状态。在这种状况下，Geth 不愿让互联网充溢这种请求，因而会将他们合拼。

殊不知，同步控制器不容易合拼请求的 raw 特性。这代表着，假如早已拥有一个未结的初始内容请求，可是同步控制器又分配了一个具备同样哈希值的子树请求，后面一种将被合拼，最后結果或是只有一个初始内容请求。

请记牢，初始内容请求不容易为了更好地同歩子节点而解决节点（并不像子树请求）。这代表着，如果我们能以某类方法在初始内容和子树节点中间引起矛盾，大家就能让 Geth 同歩一个不详细的状态树。此外，碰到一个当地不会有的树节点时，Geth 不容易撤出（出错），这等因此假定，假如下载工具汇报同歩取得成功，这类（当地缺少状态数据信息的）状况就不容易产生。这就代表着，缺乏一个树节点的 Geth 节点在个人行为上与其他彻底同歩树的节点迥然不同。

那麼，怎样引起矛盾呢？事实上比较简单：大家只要用大家操纵的某一合约的实例化状态根布署另一个合约，因而该合约编码的哈希值必然与（大家所操纵的合约的）状态根哈希值同样，这就代表着假如合约编码先同歩，另一个合约的状态树不容易被所有免费下载出来。

假如有些人运用这一系统漏洞做恶，需进行要好几个流程并等候很长期。

最先，大家布署一个合约（大家会运用系统漏洞将这一合约的状态树遮盖掉）。这一合约应当有一个独一无二的 stateRoot，进而防止与这一 stateRoot 有关的 MPT 节点提早同歩。

如今大家就做好了了。当新的 Geth 节点应用迅速同歩添加互联网时，他们会先请求 Exploit 合约，同歩其状态子树及编码。当 Exploit 合约的编码被同歩时，它会建立一个看上去与 Discrepancy 的状态根请求完全一致的初始内容请求，但它不容易被作为子树请求解决。这代表着，该节点始终不容易免费下载 Discrepancy 的状态 trie，因而将来载入 magic 的请求将回到 0 并非 1。

历经充足长的時间后，我们要做的便是启用 Hardfork.hardfork(discrepancy)。每一个恰当同歩全部互联网的节点都是会见到一个回退买卖，而每一个应用迅速同歩添加互联网的 Geth 节点都是会见到一个取得成功的买卖。这将造成一个区块造成2个不一样的状态根，换句话说我们可以无拘无束地开启链瓦解。

Geth 精英团队根据解决 PR #21039 中的树载入不正确迅速解决了该进攻，随后根据区别 PR #21080 中的编码一部分和树一部分彻底修补了这一系统漏洞。

这是一个十分有意思的系统漏洞，它能够让网络攻击在以太币互联网上设定一个 “定时炸弹”，并随时随地点爆，进而造成全部应用迅速同歩的 Geth 节点从主网中分岔。这一圈套运用的是 Geth 的同歩和数据储存编码中极为繁杂的逻辑性，这也许是它很长期来也没有造成大家留意的缘故。

敬请关注本系列产品的第三篇也是最终一篇文章。在本文中，大家将探寻 Geth 手机客户端的全新 bug，实际关键点麻烦表露。

从技术性方面而言，Geth 中的值节点不包含后缀名。你能将其了解成一个后边跟随值节点（只包括原始记录）的拓展节点。

事实上，Geth 应用的是 “安全性的 trie”，即，根据 SHA-3 优化算法对全部键开展hach测算，进而保证全部键全是固定不动长短。

全文连接: https://samczsun.com/booby-trapping-the-ethereum-blockchain/

创作者: samczsun

汉语

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