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
数据：11,077,524MATIC从未知钱包转移到Polygon Stake:金色财经报道，Whale Alert监测发现，11,077,524枚MATIC从未知钱包转移到Polygon Stake，价值6,333,405美元。[2023/8/31 13:07:24]
涉及交易和合约
整个过程中的交互流程如下：
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
Apollo宣布与Hamilton Lane推出带有Figure的区块链投资工具:金色财经报道，资产管理公司Apollo Global Management和Hamilton Lane正在使用金融科技公司 Figure 开发的技术在区块链上推出投资工具。Figure 在一份声明中表示，这些投资公司将利用Figure的数字基金服务 (DFS) 平台，该平台将支持链上基金订阅以及正在进行的基金运??营和管理。 该公司表示，投资者还将受益于DFS的通用护照功能，该功能可以将经过验证的“了解你的客户”凭证的匿名记录存储在链上并在多个基金中使用。[2022/11/23 7:57:45]
Poly
0x1a72a0cf65e4c08bb8aab2c20da0085d7aee3dc69369651e2e08eb798497cc80:修改keeper的交易
攻击流程
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:
加密投资公司Polychain Capital宣布起诉 Shipyard Software:金色财经报道，加密投资公司Polychain Capital将Shipyard Software告上法庭，原因是一项明显的股权交易出现问题。DEX制造商 Shipyard Software去年 7 月为其基于以太坊的零售平台Clipper筹集了2100万美元。作为 Shipyard 融资的一部分，Polychain 领投了 400 万美元的股权融资。
根据Law360发现的最近在特拉华州法院提交的一份投诉，Polychain 在投资一年多后声称它从未收到过其 Shipyard Software 的股份。Polychain 现在正在寻求要求 Shipyard “归还和发行数字资产”的订单。[2022/8/15 12:26:25]
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。
去中心化多资产协议Mobius Finance上线Polygon主网:11 月 13 日消息，去中心化多资产协议 Mobius Finance 宣布正式上线 Polygon 主网，流动性挖矿已同步开启，用户也可参与 MOT 或 DAI 的质押活动并赚取奖励。[2021/11/13 21:48:49]
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。
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。
韦氏评级：Polygon SDK网络正式启动 基本面正在改善:5月27日，韦氏评级发推文表示，以太坊侧链Polygon的基本面正在改善，同时相对应MATIC网络也实现了巨大的增长。目前，SDK已经正式启动，Polygon SDK网络的启动是朝着将Ethereum转变成区块链互联网迈出的一步。SDK将使开发人员能够创建可与ETH互操作的独立链，这对于MATIC和ETH都是看涨的。以太坊注定要成为一个多链生态系统。同时，它表示，“我们已经看到了MATIC的巨大发展，这不会很快放缓。”[2021/5/27 22:48:56]
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.
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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