深扒BSC攻击始末，凭空增发200万BNB的“奥秘”在哪里？

2022年10月08日17:51:28 科技 1248

事件背景

北京时间2022年10月7日凌晨，BNB Chian跨链桥BSC Token Hub遭遇攻击。黑客利用跨链桥漏洞分两次共获取200万枚BNB，价值约5.66亿美元。

漏洞分析

BSCTokenHub是BNB信标链（BEP2）和BNB链（BEP20 或 BSC）之间的跨链桥。BNB链使用预编译合约0x65验证BNB信标链提交的IAVL的Proof，但BNB链对提交的Proof边界情况处理不足，它仅考虑了Proof只有一个Leaf的场景，对多个Leaves的处理逻辑不够严谨。黑客构造了一个包含多Leaves的Proof数据，绕过BNBChain上的校验，从而在BNB链造成了BNB增发。

以其中一次攻击交易为例：0xebf83628ba893d35b496121fb8201666b8e09f3cbadf0e269162baa72efe3b8b

黑客构造输入数据payload和proof，输入参数通过validateMerkleProof校验，返回值为true。

在后续IApplication(handlerContract).handleSynPackage处理中，合约给黑客增发100万个BNB。

函数调用过程

交易首先调用CrossChain合约0x2000的handlePackage函数：

handlePackage会进一步调用MerkleProof.ValidateMerkleProof对输入的proof进行校验：

MerkleProof相关代码可以看到，实际的验证逻辑是使用预编译合约0x65完成：https://github.com/bnb-chain/bsc-genesis-contract/blob/master/contracts/MerkleProof.sol#L66

系统预编译合约0x65对应iavlMerkleProofValidate功能：https://github.com/bnb-chain/bsc/blob/f3fd0f8bffb3b57a5a5d3f3699617e6afb757b33/core/vm/contracts.go#L81

系统合约0x65实现代码如下，主要逻辑为使用DecodeKeyValueMerkleProof解码输入参数，并调用Validate进行校验：

https://github.com/bnb-chain/bsc/blob/master/core/vm/contracts_lightclient.go#L106

其中kvmp.Validate()实现代码如下：https://github.com/bnb-chain/bsc/blob/master/core/vm/lightclient/types.go#L220-L234

DefaultProofRuntime构造函数使用IAVL库进行Proof的验证：

IAVL代码问题

IAVL的Proof校验过程中，Hash计算存在漏洞，导致黑客可以在Proof添加数据，但计算Hash时并没有用到添加的数据。详细分析如下：

在len(pin.Left)不为0的分支中，计算Hash并没有使用pin.Right数据。黑客利用该处漏洞构造数据，添加proof.LeftPath[1].Right数据，但是该数据并不参与Hash计算。https://github.com/cosmos/iavl/blob/master/proof.go#L79-L93

根据上述分析，正常数据组织结构如下，proof.LeftPath[1].Right为空值，计算得到正确的Hash。

proof.LeftPath = len(2)
proof.LeftPath[0]是一个正常数据，proof.LeftPath[1].Left是一个正常数据，proof.LeftPath[1].Right空值
proof.InnerNodes = len(0)
proof.Leaves = len(1),proof.Leaves[0]是一个正常数据

黑客构造攻击数据结构如下，添加proof.LeftPath[1].Right数据，且该数据不参与Hash计算。

proof.LeftPath = len(2)
proof.LeftPath[0]是一个正常数据，proof.LeftPath[1].Left是一个正常数据，proof.LeftPath[1].Right是一个伪造数据
proof.InnerNodes = len(1), InnerNodes[0]=nil
proof.Leaves = len(2),proof.Leaves[0]是一个正常数据，proof.Leaves[1]是一个伪造数据
且proof.LeftPath[1].Right = COMPUTEHASH(proof.Leaves[1])

IAVL的Proof校验代码如下，主体逻辑为COMPUTEHASH递归调用。由于lpath.Right也为黑客输入数据，使得黑客构造的数据能够通过bytes.Equal(derivedRoot, lpath.Right)的校验，并返回上一轮COMPUTEHASH通过proof.Leaves[0]计算的结果，该结果为正常数值，从而绕过了IAVL的Proof校验。

https://github.com/cosmos/iavl/blob/master/proof_range.go#L222-L309

黑客攻击构造的数据中，包括了IAVL:V和multistore相关数据，multistore数据也是基于IAVL进行操作，原理是一样的，不再进行详细分析。

这次IAVL Proof暴露的问题在于，数据局部的变化无法反应到整体，使得校验发生错误。在Cosmos生态中，IBC使用 ICS23来做数据的校验处理，ICS23与IAVL Proof校验不同点在于，ICS23会对所有的“叶子节点”的值进行数据校验，最后计算得出的根Hash再与链上数据进行校验，OKC采用的是ICS23的Prove，因此不存在BNBChain这次遇到的安全漏洞。

测试验证代码

利用黑客攻击交易数据，基于BNBChain单元测试代码，增加了基于黑客攻击交易的测试用例，可以完整复现黑客的攻击交易。单元测试代码利用iavlMerkleProofValidate.Run接口验证输入数据，即相当于调用预编译合约。https://github.com/BananaLF/bsc/blob/bsc-hack/core/vm/contracts_lightclient_test.go#L99-L100

利用黑客攻击交易数据，构造新的payload数据为value := []byte(“okc test hack”)，并对proof相应数据进行了修改，即修改proof.LeftPath[1].Right和proof.Leaves[1]对应的数据，新构造的数据可以通过okcIavlMerkleProofValidate校验，即修改了黑客数据也能通过校验。另外，如下单元测试代码对原始黑客数据和修改后的数据两种case都进行了校验，且校验都能成功，从而说明如下测试代码利用本文所述漏洞成功进行了复现。https://github.com/BananaLF/bsc/commit/697c5cd73a755a7c93c0ed6c57d069e17f807958