去中心化借貸平臺(tái)HopeLend遭受借貸攻擊事件分析
北京時(shí)間 2023 年 10 月 18 日 19:48:59，Hope.money 的借貸池受到了基于閃電貸實(shí)施的攻擊。
Hope.money 包括了借貸平臺(tái) HopeLend、去中心化交易所 HopeSwap、穩(wěn)定幣 HOPE 和治理代幣 LT，為用戶提供去中心化金融全棧服務(wù)。
本次攻擊涉及的協(xié)議是 HopeLend，是一個(gè)去中心化借貸平臺(tái)，用戶可以為協(xié)議提供流動(dòng)性或者超額抵押借貸賺取收益。
事件始末
在 HopeLend 的代碼實(shí)現(xiàn)中，借貸池存在可被利用的漏洞，由于在銷毀存款憑證時(shí)，出現(xiàn)了錯(cuò)誤的整數(shù)除法問(wèn)題，導(dǎo)致小數(shù)點(diǎn)部分被截?cái)啵瑢?shí)現(xiàn)了銷毀比預(yù)期少的憑證數(shù)量，獲得和預(yù)期一致的價(jià)值代幣。
攻擊者利用這個(gè)缺陷掏空了 Hope.money 上存在資金的多種借貸池。
其中 hEthWbtc 借貸池于 73 天前部署，但是其中沒有資金，因此黑客通過(guò)往該借貸池注入大量資金來(lái)達(dá)到讓貼現(xiàn)率戲劇性地暴漲，從而實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)區(qū)塊交易內(nèi)快速掏空了所有其他借貸池子的資金。
更戲劇性的是，實(shí)現(xiàn)利用的黑客沒有獲得漏洞利用的資金，他的攻擊交易被搶跑者發(fā)現(xiàn)，搶跑者模仿其攻擊行為并成功搶走了所有攻擊收益資金（527 ETH），最終有 50% 的攻擊收益資金 (263 ETH) 被搶跑者用于賄賂打包區(qū)塊的礦工（payload）。
發(fā)現(xiàn)漏洞的初始黑客，在區(qū)塊 18377039 創(chuàng)建了攻擊合約，并在區(qū)塊 18377042 進(jìn)行了攻擊合約的調(diào)用，此時(shí)搶跑者監(jiān)控到內(nèi)存池里的交易，并將其攻擊合約進(jìn)行模擬，作為搶跑合約的輸入，在同樣的 18377042 區(qū)塊進(jìn)行利用，而初始黑客在 18377042 區(qū)塊的交易由于排序在搶跑者后面，從而執(zhí)行失敗了。
資金去向
搶跑者在獲得收益后的一小時(shí)，將資金轉(zhuǎn)移到：0x9a9122Ef3C4B33cAe7902EDFCD5F5a486792Bc3A
在 10 月 20 日 13:30:23，疑似官方團(tuán)隊(duì)聯(lián)系了該地址，允許搶跑者留下 26 ETH（10% 的獲利）作為獎(jiǎng)勵(lì)，并得到搶跑者的答復(fù)。
最終資金在溝通一個(gè)小時(shí)后，轉(zhuǎn)移到 Gnosis Safe 的多簽金庫(kù)中。
下面我們將展示真實(shí)的漏洞和黑客進(jìn)行利用的細(xì)節(jié)。
前置信息
HopeLend 的借貸協(xié)議實(shí)現(xiàn) Fork 自 Aave，因此涉及到漏洞相關(guān)的核心業(yè)務(wù)邏輯參考自 Aave 的白皮書。
0×00 存款和借貸
Aave 是一個(gè)純粹的 DeFi，借貸業(yè)務(wù)通過(guò)流動(dòng)性池實(shí)現(xiàn)，用戶在 Aave 存款提供流動(dòng)性時(shí)，期望獲得借貸所獲得的收益。
貸款收益并不會(huì)完全分配給用戶，有少部分利息收入會(huì)被計(jì)入風(fēng)險(xiǎn)儲(chǔ)備金，此部分比例較少，大部分貸款收益會(huì)分發(fā)給提供流動(dòng)性的用戶。
在 Aave 中進(jìn)行存款放貸時(shí)，Aave 是通過(guò)貼現(xiàn)的方式，將不同時(shí)間點(diǎn)的存款數(shù)量轉(zhuǎn)化成流動(dòng)性池初始時(shí)間點(diǎn)的存款數(shù)量份額，因此每數(shù)量份額的底層資產(chǎn)對(duì)應(yīng)的本息和，就可以直接用 amount（份額） * index（貼現(xiàn)率）算出來(lái)，大大方便了計(jì)算和理解。
可以理解為類似購(gòu)買基金的過(guò)程，基金的初始凈值是 1，用戶投入 100 塊錢獲得 100 的份額，假設(shè)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間獲得收益，凈值變成 1.03，此時(shí)用戶再次投入 100 塊錢，獲得的份額是 97，用戶的總份額是 197。
這其實(shí)是將該資產(chǎn)按照 index（凈值）進(jìn)行貼現(xiàn)處理。之所以這么處理，是因?yàn)橛脩魧?shí)際的本息和是用 balance 去乘以當(dāng)前的 index。當(dāng)?shù)诙未婵畹臅r(shí)候，用戶正確的本息和應(yīng)該是 100 * 1.03 + 100 = 203，如果不做貼現(xiàn)處理，第二次用戶存入 100 后的本息和就變成了 (100+100) * 1.03 = 206，是錯(cuò)誤的，如果進(jìn)行了貼現(xiàn)，本息和就變成了（100 + 100 / 1.03) * 1.03 = 103 + 100 = 203，203 的結(jié)果是正確的。
攻擊過(guò)程
0×25126……403907（hETHWBTC pool）
0x5a63e……844e74（攻擊合約 – 套現(xiàn)）
借出初始閃電貸資金，進(jìn)行質(zhì)押
攻擊者首先從 Aave 閃電貸借入 2300WBTC，將其中 2000 枚 WBTC 質(zhì)押（deposit）到 HopeLend，資金將會(huì)被轉(zhuǎn)移至 HopeLend 的 hEthWbtc 合約（0×251…907），同時(shí)獲取相應(yīng)的 2000 枚 hETHWBTC。
借助空借貸池操縱初始貼現(xiàn)率（liquidityIndex）
從 HopeLend 進(jìn)行閃電貸借入 2000 枚 WBTC。
目前的價(jià)值是 1 hETHWBTC = 1 WBTC。
按照正常的存取 ETHWBTC 換回 WBTC 的操作，是不會(huì)影響兌換比例（只有當(dāng)收入了利息才會(huì)影響兌換比例，1 hETHWBTC 會(huì)獲得更多 WBTC）。
此時(shí)黑客開始通過(guò)一系列復(fù)雜操作，操縱貼現(xiàn)率：
黑客直接又將得到的 2000 枚 WBTC 通過(guò)直接轉(zhuǎn)賬（transfer）的方式轉(zhuǎn)移資金至 HopeLend 的 hEthWbtc 合約 ( 0×251…907），這一步并不是還貸。
黑客隨后取出（withdraw）之前步驟 1 中質(zhì)押（deposit）的絕大部分 WBTC（1999.999…），所以上一步才需要轉(zhuǎn)回 WBTC 以補(bǔ)充池子內(nèi)的資產(chǎn)。
最后黑客手上僅保留最小單位 (1e-8) 的 hEthWbtc，這里不能完全提完，是因?yàn)樾枰粝乱稽c(diǎn)點(diǎn)，作為計(jì)算貼現(xiàn)率（liquidityIndex）時(shí)，會(huì)基于現(xiàn)有的加上新增的，如果清零的話，導(dǎo)致貼現(xiàn)率（liquidityIndex）變成 0，就不能讓池子里的比例失衡。
把上一步銷毀掉絕大部分 hEthWbtc 換回來(lái)的 wBTC，加上之前閃電貸剩余的 wBTC，歸還向 HopeLend 池子借出的閃電貸，共支付 2001.8 枚 WBTC( 其中包含利息 1.8 枚 wBTC)。
上面的過(guò)程銷毀掉大部分的 hEthWbtc，只留下 1 最小單位（1e-8）的 hEthWbtc 在黑客賬戶，這樣一來(lái) hETHWBTC 總量就減少了，而借貸池里卻有 2001.8 枚 wBTC，此時(shí)的貼現(xiàn)率（liquidityIndex）達(dá)到驚人的 126,000,000。
這里涉及到一個(gè)知識(shí)，存款用戶的利息根本上來(lái)自池中流動(dòng)性的增長(zhǎng),借貸池會(huì)根據(jù)存款率和使用率，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)借款和存款利率。
此處，當(dāng)池子從閃電貸利息 (1.8WBTC) 獲得額外流動(dòng)性時(shí)，百分之七十 (126,000,000) 被計(jì)入 liquidityIndex（liquidityIndex），這個(gè)數(shù)值用來(lái)計(jì)算每單位存款 (hEthWbt) 的貼現(xiàn)價(jià)值。
由于池子在黑客操作前為空，還款后 totalLiquidity 僅為 1，amount 是 126000000，初始 liquidityIndex 為 1，得出結(jié)果為 126000001。
繼續(xù)放大貼現(xiàn)率
黑客繼續(xù)從 HopeLend 進(jìn)行閃電貸借入 2000 枚 WBTC，并每次歸還額外的 1.8 枚 WBTC，使得每次 LiquidityIndex 得以累加 126,000,000。
黑客重復(fù)執(zhí)行了 60 次該過(guò)程，最終 liquidityIndex 達(dá)到 7,560,000,001，攻擊者持有的 1 個(gè)最小單位的 hEthWBTC 貼現(xiàn)價(jià)值可達(dá) 75.6WBTC（約為 214 萬(wàn)美元）。
這也就使得黑客操控了 hEthWBTC，使之價(jià)值失真。
掏空其他存在資金的借貸池，形成收益
攻擊者接著將 1 個(gè)最小單位的 hEthWBTC 為抵押，從 HopeLend 的其他五個(gè)代幣池借出了大量資產(chǎn)。
包括：
175.4 – WETH
145,522.220985 – USDT
123,406.134999 – USDC
844,282.284002229528476039 – HOPE
220,617.821736563540747967 – stHOPE
這些代幣被作為收益通過(guò) Uniswap 兌換為 WBTC 和 WETH，扣除各種費(fèi)用后，最終黑客獲利為約 263 枚 WETH（除去賄賂 payload 的 263.9 枚 WETH）。
為什么黑客可以從其他池子借走大量資金：
借款或取走存款時(shí)，借貸合約會(huì)檢驗(yàn)用戶的抵押資產(chǎn)狀況，確保借出不超過(guò)抵押。
由于之前貼現(xiàn)率已被黑客操縱且貼現(xiàn)率會(huì)以 normalizedIncome 乘數(shù)計(jì)入抵押價(jià)值計(jì)算，其手中的一單位 hEthWBTC 抵押價(jià)值高達(dá) 75.6WBTC。
每一次從其他池借款，黑客都輕松通過(guò)了抵押資產(chǎn)校驗(yàn)。
此時(shí), 攻擊者總共在 HopeLend 投入了 2000+1.8*60 枚 WBTC 用于操縱 liquidityIndex，只留存了 1 單位的 hEtthWBTC。
利用關(guān)鍵漏洞點(diǎn)（整數(shù)除法錯(cuò)誤）套現(xiàn)
為了取出之前的投入 wBTC，攻擊者部署了另一個(gè)攻擊合約：0x5a63e……844e74，并調(diào)用其中的 withdrawAllBtc() 方法：
漏洞過(guò)程如下：
首先存入 151.20000002 枚 wBTC，根據(jù)當(dāng)前的 liquidityIndex(1 最小單位 hEthWBTC=75.6wBTC)，攻擊者獲得 2 個(gè)最小單位的 hEthWBTC。
取出（withdraw）113.4 個(gè) wBTC，反算出其對(duì)應(yīng)的 hEthWBTC 份額，對(duì) hEthWBTC 進(jìn)行 burn 操作。
113.4 個(gè) wBTC 需要銷毀 1.9999999998 最小單位的的 hEthWBTC，但是由于 div 函數(shù)精度問(wèn)題，僅一個(gè)最小單位的 hEthWBTC 被銷毀，因此變成可被利用的漏洞，黑客仍可保留 1 個(gè)最小單位的 hEthWBTC。
關(guān)鍵漏洞
hEthWBTC 的 burn 方法調(diào)用了高精度除法 rayDiv。
此處：
a=11340000000（打算取出的 WBTC）
b=7560000001000000000000000009655610336（貼現(xiàn)率）
雖然 (a*1e27+b/2)/b = 1.9999999998，solidity 自帶的 div 方法截?cái)喾祷?1, 相當(dāng)于 11340000000 / 7560000001 除法后小數(shù)位被截?cái)嗔恕?/p>
0x5a63( 攻擊合約 – 套現(xiàn) ) 繼續(xù)存入 75.60000001WBTC 恰好又獲得 1 個(gè)最小單位 hEthWBTC，從而繼續(xù)持有 2 個(gè)最小單位 hEthWBTC。
如此循環(huán)取出 113.40000000wBTC，存入 75.60000001wBTC 的操作，每次攻擊者可以憑空獲取 37.8 枚 wBTC。
循環(huán) 58 次后，攻擊者取出了所有前期投入的 wBTC ，并順利歸還 Aave 的閃電貸。
結(jié)論
由于 hEthWBTC 借貸池未被初始化，攻擊者得以輕易操縱 liquidityIndex，將其增至極大，提現(xiàn)率作為除數(shù)極大放大后，由于整數(shù)除法的截?cái)嗾`差，使得取出之前的投入更容易在一個(gè)區(qū)塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)良好的借貸池中，由于池中已有流動(dòng)性，不容易因?yàn)樯倭康馁J款利息增加而極大增加貼現(xiàn)率。
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