讨 　 论

５１　^{现有研究不足} ５．１．１　合约安全研究不足

（１^）设计安全保障技术不足

目前^，智能合约设计模式的研究仍然处于起步 阶段，相关研究数量有限，需要对已经整理好的模式 进行扩展^，为Ｓｏｌｉｄｉｔｙ语言创建一个结构化的^、信息 量大的设计模式库，涵盖典型的和常见的编码场景， 作为合约实现人员的指导^；也可以在自动代码生成 框架中应用设计模式，用来提取代码构件，这些构件 可以被集成到自动代码生成框架中．Ｓｏｌｉｄｉｔｙ设计模 式可以与其他智能合约平台中发展的编码实践进行 比较，进一步揭示出更抽象的设计模式，这些模式独 立于底层实现框架^，对一般的智能合约有效^［７８］．

（２^）实现及测试安全保障技术不足

针对主流的智能合约缺陷检测原理^，可以将智 能合约缺陷检测技术划分为^：基于定理证明的缺陷 检测、基于模型检测的缺陷检测、基于模糊测试的缺 陷检测^、基于语法树的缺陷检测和其他缺陷检测．针 对每种技术，其优缺点如下所示：

定理证明的形式化验证方法通过抽象的数学描 述得到良好的模型和属性表达^，所以该方法的优势 是即使针对状态多而复杂的系统，也不会出现状态 空间爆炸的问题^［７９］．定理证明可以以任意属性为目 标，提供强有力的形式化验证保证，验证方法非常精 确^，并且不会产生误报^{［１８，８０］}．但是^，基于定理证明的 形式化验证方法存在较多局限性^，例如机制复杂^，需 要测试人员系统学习该证明方法的工作原理和如何 读取输出等^，因此该方法具有较高的门槛^；此外^，基 于定理证明的形式化验证工具使用通用方法来构造 代码模式和定理^，证明智能合约的安全性^{［１８，３３，６８］，}整 个验证过程很难实现完全自动化，需要大量人工来 构建智能合约的证明和分析^［１８］．人工构建的方式带 来的问题首先是该方法扩展性不足^，无法适用于大 型智能合约，也很难实现大批量智能合约验证，还可 能导致验证效率降低和人的主观性对验证结果产生 影响．

模型检测方法的优势是自动化程度较高^，即便 只给出部分合约^，也可以提供关于已知部分正确性 的有用信息．特别地，模型检测会输出终止时的反 例^，即程序缺陷存在的实例．直接输出缺陷实例的方 式可以有效帮助实现人员理解程序缺陷并修改程

５ ０ ５ １２期 胡甜媛等：智能合约的合约安全和隐私安全研究综述 ２

《 计

算

机

学

报

》

序．模型检测方法的不足是存在状态爆炸问题^，若是 基于较大的状态空间，模型检测算法会随着状态数目 增多而造成运算时间爆炸式增长和运算空间膨胀．

模糊测试方法的优势是可根据实际代码定制不 同的输入^，可选择不同的覆盖范围发现更深层次的 错误^，更加精确地检测出合约的真实漏洞．模糊测试 方法的不足是测试用例随机生成，只能覆盖部分系 统行为^，无法找出所有潜在错误^；另外^，该方法选择 特定的测试用例作为种子，基于种子不断生成新的 测试用例^，检测性能可能会随着初始种子的选择而 发生变化，实际检测性能难以控制．

采用抽象语法树作为智能合约的基础表现形式 的优势在于不依赖智能合约具体的语言细节^，对程 序进行逻辑分析，抽取重要的程序执行逻辑信息；但 是^，抽象语法树构建的合约缺陷检测规则不适用过 于复杂的问题，可能会导致较高误报率；特别地，基 于抽象语法树的方法表示过于高级^，无法准确反映 低级信息，例如ｇａｓ计算等．

（３^）部署及运维安全保障技术不足

目前^，针对智能合约运行环境安全检测的研究 数量较少，本文仅涉及１项相关研究，即ＥＶＭ漏洞 检测工具ＥＶＭＦｕｚｚｅｒ^，该工具目前主要检测ＥＶＭ 执行结果不一致的漏洞．针对合约运行状态的监测， ＣｏｎｔｒａｃｔＧｕａｒｄ^［３６］由于嵌入了额外的代码^，一定程

度上会增加智能合约的部署开销与运行开销．

Ｖｕｌｔｒｏｎ^［２０］检测方法不适用于不使用内部记账逻辑 的智能合约，无法检测时间戳依赖性或交易顺序依 赖性等缺陷．ＧＩＳ^［２１］系统保护已部署的智能合约^， 实现攻击模式的动态更新，但是该工具对于新攻击 模式的引入依赖于预定投票群体达成共识^，攻击模 式以纯文本的形式公开^，可能被潜在攻击者利用．对 于智能合约缺陷修复，ＥＶＭＰａｔｃｈ^［４８］对存在缺陷的 合约进行打补丁^，但是可能导致修复后的合约代码 产生更高ｇａｓ消耗

本文将智能合约缺陷检测方法划分为静态分析 和动态分析．静态分析在非运行时环境中分析程序 或编译代码^，其主要优势能够识别智能合约中的关 键模式．但是^，静态分析无法检测执行期间发生的缺 陷，针对一些缺陷可能会导致误判．

动态分析是一种在执行或运行时检查程序的方 法，其优点是通过动态分析可以检测出静态分析无 法检测的执行期间异常^，识别出未知合约缺陷导致 的攻击，还可以验证静态代码分析的结果．但是，动 态分析的不足是合约的动态执行基于用户交互或自 动测试^，因此不能保证覆盖源代码所有执行路径^；同 时，需要保证在不影响智能合约正常运行的情况下 获取合约的执行状态信息并进行有效的跟踪和分 析，这也对智能合约动态运行监测提出更高要求．

最后^，总结上述智能合约缺陷检测工具的局限 性如表９所示．

表９　智能合约缺陷检测工具汇总表

分类 工具 检测对象 局限

静态分析

ＧＡＳＰＥＲ^［１１］ 字节码 只能探索部分程序路径，依赖于消耗ｇａｓ量高的模式清单 Ｔｅｅｔｈｅｒ^［１２］ 字节码 准确率较低，无法检测在特定情况下才会出现的缺陷

ＺＥＵＳ^［１５］ 源码 需要针对合约定义特定的策略，且ＺＥＵＳ发现的缺陷的实际可用性不确定 Ｓｅｃｕｒｉｆｙ^［１６］ 字节码 可检测的智能合约版本有严格限制

Ｓｌｉｔｈｅｒ^［１９］ 源码 缺乏形式语义无法实现更严格的分析，表示过于高级无法准确反映低级信息，如ｇａｓ计算 ＳｍａｒｔＥｍｂｅｄ^［２３］ 源码 需要构建包含缺陷的智能合约代码库，缺陷的检测范围局限于代码库中的缺陷类型 ＳｍａｒｔＣｈｅｃｋ^［３４］ 源码 无法描述更复杂的规则，导致误报率较高

ＶＥＲＩＳＭＡＲＴ^［４９］ 源码 目前主要检测整数溢出和被零整除两种算术操作问题

Ｏｙｅｎｔｅ^［５０］ 字节码 限制循环次数防止路径爆炸，导致部分缺陷漏报，无法检测逻辑相关问题

动态分析

Ｅｃｈｉｄｎａ

^①

Ｍｙｔｈｒｉｌ

^②

ＭＡＩＡＮ^［１４］ 字节码 只能检测３种缺陷^，针对其他合约调用引起的问题无法进行检测 ＲｅＧｕａｒｄ^［１７］ 字节码／源码 检测的缺陷局限于重入缺陷

Ｖｕｌｔｒｏｎ^［２０］ 合约运行状态 不适用于不使用内部记账逻辑的智能合约，无法检测时间戳依赖或交易顺序依赖等缺陷

ＧＩＳ^［２１］ 合约运行状态 新攻击模式引入依赖于预定投票群体达成共识，攻击模式以文本形式公开可能被攻击利用 ｓＦｕｚｚ^［２２］ 字节码 性能可能会随着初始种群的选择而变化

ＣｏｎｔｒａｃｔＧｕａｒｄ^［３６］ 合约运行状态 无法有效地防御复杂的逻辑错误，用于有丰富特性的智能合约时会产生相当高的额外开销 ＤａｐｐＧｕａｒｄ^［３７］ 交易日志 结合Ｏｙｅｎｔｅ检测已有合约缺陷存在一定局限

ＥＶＭＰａｔｃｈ^［４８］ 合约运行状态 修复后的合约代码可能产生更高ｇａｓ消耗

６ ０ ５

２ 计　　算　　机　　学　　报 ２０２１年

① ②

Ｍｙｔｈｒｉｌ^：ＡｎｏｐｅｎｓｏｕｒｃｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌｆｏｒＥｔｈｅｒｅｕｍｓｍａｒｔｃｏｎｔｒａｃｔｓ．ｈｔｔｐｓ^：／／ｇｉｔｈｕｂ．ｃｏｍ^／ＣｏｎｓｅｎＳｙｓ^／ｍｙｔｈｒｉｌ

《 计

算

机

学

报

》

本文共调查了表９中２０种智能合约缺陷的方 法适用的合约缺陷^，图６是智能合约缺陷分类及检 测图^，第１层展示了智能合约缺陷产生的相关原因^， 第２层展示不同缺陷^，第３层展示了缺陷检测工具． 如图６所示^，编译器版本过时^（Ｄ１２^）、硬地址编码

（Ｄ１５^）和调用类型不匹配^（Ｄ２５^）没有相应检测工具．

Ｄ１２是编译相关的缺陷^，实现人员应在实现过程中 遵循最佳实践^，例如锁定Ｐｒａｇｍａ版本避免一起升 级带来的相关风险^；针对地址合法验证产生的Ｄ１５ 需要人工核查地址是否真实^，防止资金转入不存在 账户而永久丢失^；Ｄ２５只在特定外部合约调用情况 下才能被触发^，常规情况下可能没有任何异常．

图６　智能合约缺陷分类及检测方法

５．１．２　隐私安全研究不足

（１^）合约代码隐私保护不足

保护用户隐私的智能合约编程框架Ｈａｗｋ^［２６］ 可以为部分智能合约代码提供隐私性^，但Ｈａｗｋ不 是完全去中心化的^，存在一个管理者作为可信第三 方进行监督．此外^，对于简单合约^，由于Ｈａｗｋ利用 ｚｋＳＮＡＫＲｓ保证资金转移和合约执行的正确性^，导 致较高计算开销．目前^，Ｈａｗｋ由于效率较低^，不能 直接部署在大多数区块链系统上．

对于通过定义智能合约语言Ｚｋａｙ^{［４０４１］}保护智 能合约中的关键信息^，该方法需要结合语言发展不断 引入新的语言特性^，以支持更丰富的智能合约代码隐 私保护．此外^，智能合约代码形式多样^，通过对部分私 有代码元素进行加密是否能全面保护私有信息不被 泄露需要进一步验证．并且为了执行Ｚｋａｙ合约^，需要 将其转换为具有相同功能且具有隐私保护能力的 Ｓｏｌｉｄｉｔｙ合约在以太坊上执行^，推广使用难度较高．

与Ｈａｗｋ^、Ｚｋａｙ不同^，结合ＴＥＥ的Ｃｏｃｏ^［４３］框 架具有更好的通用性^，理论上可以实现任意区块链 系统的隐私保护．然而^，Ｃｏｃｏ框架是针对联盟链的 优化技术^，对现有比特币^、以太坊等架构影响有限．

（２^）合约数据隐私保护不足

ＴＣ^{［２７］、}ＣＯＮＦＩＤＥ^［４７］和Ｅｋｉｄｅｎ^［２９］依赖于ＴＥＥ

为智能合约提供数据隐私^，ＴＥＥ为智能合约数据 提供区块链所不具有的机密性^，解决智能合约和区 块链无法应对的复杂计算场景问题．在应用ＴＥＥ实 现高效的区块链隐私保护的同时^，最大弊端就是安 全依赖于可信硬件ＩｎｔｅｌＳＧＸ^，需要信任硬件厂商及

为智能合约提供数据隐私^，ＴＥＥ为智能合约数据 提供区块链所不具有的机密性^，解决智能合约和区 块链无法应对的复杂计算场景问题．在应用ＴＥＥ实 现高效的区块链隐私保护的同时^，最大弊端就是安 全依赖于可信硬件ＩｎｔｅｌＳＧＸ^，需要信任硬件厂商及