前言
北京时间2021年8月10日，跨链桥项目PolyNetwork遭遇攻击，损失超过6亿美金。虽然攻击者在后续偿还被盗数字货币，但是这仍然是区块链历史上涉及金额最大的一次攻击事件。由于整个攻击过程涉及到不同的区块链平台，并且存在合约以及Relayer之间的复杂交互，对于攻击的完整过程和漏洞的根本原因，现有分析报告并未能梳理清楚。
整个攻击分为两个主要阶段，包括修改keeper签名和最终提币。对于第二阶段，由于keeper签名已经被修改，因此攻击者可以直接构建恶意提币交易，具体可以参见我们之前的报告。然而对于修改keeper签名的交易是如何最终在目标链执行的，目前并没有详细的文章阐明。而这一步是攻击的最核心步骤。
本报告从修改keeper签名交易入手(Ontology链上交易0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，分析了背后的原理和漏洞的本质。我们发现以下几个原因是Keeper能被修改的原因：
源链上(Ontology)的relayer没有对上链的交易做语义校验，因此包含修改keeper恶意交易可以被打包到polychain上
目标链上(以太坊)上的relayer虽然对交易做了校验，但是攻击者可以直接调用以太坊上的EthCrossChainManager合约最终调用EthCrossChainData合约完成签名修改
攻击者精心够着了能导致hash冲突的函数签名，从而调用putCurEpochConPubKeyBytes完成对签名的修改
涉及交易和合约
整个过程中的交互流程如下：
跨链应用构建平台Hyperlane在PolygonzkEVM上线:5月21日消息，跨链应用构建平台 Hyperlane 现已在 Polygon zkEVM 上线，为 Polygon zkEVM 开发人员和用户提供链间应用可组合性和任何资产的无许可桥接等功能。[2023/5/21 15:16:33]
Ontology交易->OntologyRelayer->PolyChain->EthereumRelayer->Ethereum
以太坊
0x838bf9e95cb12dd76a54c9f9d2e3082eaf928270:EthCrossChainManager
0xcf2afe102057ba5c16f899271045a0a37fcb10f2:EthCrossChainData
0x250e76987d838a75310c34bf422ea9f1ac4cc906:LockProxy
0xb1f70464bd95b774c6ce60fc706eb5f9e35cb5f06e6cfe7c17dcda46ffd59581:修改keeper的交易
Ontology
0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c:修改keeper的交易
Poly
0x1a72a0cf65e4c08bb8aab2c20da0085d7aee3dc69369651e2e08eb798497cc80:修改keeper的交易
攻击流程
Polygon Q4报告：基于Polygon的活跃钱包数Q4创历史新高:金色财经报道，Polygon发布Q4运营报告，报告称，基于Polygon的活跃钱包数呈上升趋势，Q4 创历史新高 1100 万+，较去年 Q4 增长 115%，活跃钱包总数达到 2.06 亿（较 2021 年增长 58%）。
尽管2022下半年主要的交易量大幅下降，但 Polygon 网络保持了月交易量超过 8000 万美元的健康水平。另一方面，Binance 的交易量从年初下降到 6800 万美元左右，不到其一半，Avalanche 一直稳定到 4 月，但到 12 月下降到 280 万美元。
此外，尽管市场放缓，但 Polygon 上的游戏和 DeFi dApp 并未出现大幅下滑。9 月份游戏钱包的激增可归因于 Animoca Brands 推出的免费游戏Benji Bananas，该游戏去年增加了 140 万+ 活跃钱包并处理了 400 万+ 交易。[2023/2/25 12:28:50]
整个攻击大致可以分为三个步骤。第一个步骤是在Ontology链生成一条恶意交易(0xf771ba610625d5a37b67d30bf2f8829703540c86ad76542802567caaffff280c)，第二个步骤是修改以太坊EthCrossChainData合约中的keeper签名，第三个步骤构造恶意交易发起最终攻击和提币。
步骤一
攻击者首先在Ontology发起了一笔跨链交易，里面包含了一个攻击payload:
动态 | Acala Network启动 将为Polkadot构建跨链基础设施:本周，一个由去中心化金融项目组成的联盟Acala Network启动，目标是为Polkadot生态系统创建一个开放的跨链基础设施。据悉，Polkadot致力于支持跨链传输任何类型的数据或资产。来自Acala的第一个实现是能够跨链的去中心化稳定币，该实现基于Substrate，可以转移到Polkadot网络上的所有链。Web3基金会为该稳定币协议提供了一笔开发资金。（CryptoNinjas）[2020/1/23]
可以看出交易包含了精心设计的函数名，目的在于通过造成哈希冲突的方式调用putCurEpochConPubKeyBytes函数。关于哈希函数冲突的细节在网络上已有很多讨论，可以参考.
随后，该笔交易被OntologyRelayer接收，注意这里并没有很严格的校验。该交易会通过Relayer在PolyChain成功上链。EthereumRelayer会感知到新区块的生成。
然而，这笔交易被EthereumRelayer拒绝了。原因在于EthereumRelayer对目标合约地址有校验，只允许LockProxy合约作为目标地址，而攻击者传入的是EthCrossChainData地址。
因此，攻击者攻击之路在此中断。但如前所述，包含恶意payload的攻击交易已经在PolyChain成功上链，可被进一步利用。
步骤二
攻击者手动发起交易，调用EthCrossChainManager合约中的verifyHeaderAndExecuteTx函数，将之前一步保存在PloyChain区块中的攻击交易数据作为输入。由于该区块是polychain上的合法区块，因此可以通过verifyHeaderAndExecuteTx中对于签名和merkleproof的校验。然后执行EthCrossChainData合约中的putCurEpochConPubKeyBytes函数，将原本的4个keeper修改为自己指定的地址。
声音 | Multicoin Capital联合创始人：Polkadot将在2020年试图削弱以太坊:Delphi Digital联合创始人Tom Shaughness发推称，“在不久的将来，加密项目将攻击竞争项目，而不是帮助它们。消极激进的推特辩论将转向黑客战争和故意的漏洞利用。如果你不能打败他们，你可以试着摧毁他们。”加密对冲基金Multicoin Capital联合创始人Kyle Samani评论称，“同意。Polkadot将在2020年试图削弱以太坊。”[2019/12/31]
步骤三
在keeper被修改之后，攻击者直接调用目标链上的verifyHeaderAndExecuteTx函数,最终调用至Unlock函数，大量地转移资金，给项目方带来了严重的损失。具体的攻击细节可参考我们之前的报告。
Relayer代码分析
在本攻击过程中，Ontology方和以太坊方均有Relayer负责将来自Ontology的交易在polyChain上链，以及将polychain上的交易放到以太坊。这两个Relayer是由Go语言实现的服务进程。
然而我们发现，这两个Relayer都缺乏有效的校验。这导致
攻击者可以在Ontology构造一条恶意的跨链交易，并且成功打包到polychain上。
虽然在以太坊的Relayer具有校验功能，但是攻击者可以直接同以太坊上的链上合约进行交互，直接执行恶意的函数。
OntologyRelayer完全信任来自Ontology上的跨链交易
PolyNetwork的?ont_relayer(https://github.com/polynetwork/ont-relayer)?负责监听Ontology链上的跨链交易并将其打包入传入PolyChain.
动态 | 孙宇晨或领导着接管Poloniex的亚洲投资公司:据此前消息，Poloniex今日宣布将从Circle独立，新公司由一家未透露名字的亚洲投资公司支持。对此，几名匿名的Circle员工对The Block透露，孙宇晨是该“亚洲投资公司”的重要成员。（The Block）[2019/10/19]
注：
在OntologyRelayer中，Side指OntologyChain;Alliance指PolyChain.
CrossChainContractAddress是Ontology链上原生编号为09的智能合约.
上图中，OntologyRelayer启动时开启三个Goroutines分别负责监听OntologyChain和PolyChain的跨链交易，以及对PolyChain上的跨链交易做状态检查。在本报告中，我们只关注69行的监听Side的代码逻辑。
在上图中，OntologyRelayer调用Ontology链提供的RPC接口（第215行，调用SDK函数GetSmartContractEventByBlock)获取区块中触发的智能合约事件;然后在第228和232行表明OntologyRelayer只监听OntologyChain上由CrossChainContractAddress触发的makeFromOntProof事件;
上图中，在处理OntologyChain上的跨链交易时，OntologyRelayer总共做了五次校验，分别是两次向OntologyChain发送的RPC请求校验(check1和check4),以及三次参数是否为空的校验(check2,check3,和check5)。这五次校验都属于常规校验，并未对来自OntologyChain上的跨链交易做语义上的校验;第167和171行取出了在目标链上执行所需要的交易参数信息;第183行向PolyChain发送交易;
OntologyRelayer在构造了PolyChain上的交易后便向PolyChain发起RPC请求发送交易（第164行，函数调用SendTransaction);
这个名为ProcessToAliianceCheckAndRetry的Goroutine也仅仅是做了重发失败交易的工作，仍然未对来自OntologyChain上的跨链交易做任何语义上的校验。
至此，我们可以看出ont-relayer监听所有来自OntologyChain由CrossChainContractAddress触发的makeFromOntProof事件，并未对其做任何语义上的校验，便向PolyChain转发了交易。而任何人向Ontology发送的任何跨链交易都会触发CrossChainContractAddress的makeFromOntProof事件，所以OntologyRelayer会将所有来自Ontology上的跨链交易都转发到Polychain上。
EthereumRelayer中的无效校验
EthereumRelayer?负责监听PolyChain并将目标链为Ethereum的跨链交易转发到Ethereum上。
EthereumRelayer启动一个Goroutine来监控PolyChain;
EthereumRelayer监听所有PolyChain上目标链为Ethereum的跨链交易;EthereumRelayer会校验跨链交易的目标合约是否为config.TargetContracts中指定的合约之一，如果不是则不会发送这笔跨链交易到Ethereum上。
虽然EthereumRelayer对PolyChain上的跨链交易做了部分校验，比如限制了目标合约，但是与PolyChain不同，任何人都可以向Ethereum上的EthCrossChainManager合约发送交易。换句话说，EthereumRelayer在这里做的校验没有实际的意义，只要包含恶意payload的跨链交易被成功打包进了PolyChain,那么任何人都可以直接使用已经打包好的区块数据将payload发送到以太坊EthCrossChainManager合约并执行。
攻击者正是利用了上述两个缺陷，完成了攻击流程中的步骤一和步骤二。
写在最后
通过对整个攻击流程的完整梳理和详尽分析，我们认为Relayer的不完整校验是攻击得以发生的根本原因。其它方面则更多地属于比较精彩的攻击技巧。总而言之，跨链的校验和鉴权是跨链系统安全的关键所在，值得社区付出更多的努力。
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