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WTF Contratos Seguros em Solidity: S05. Overflow de Inteiros

Recentemente, tenho revisitado o estudo do Solidity para revisar os detalhes e estou escrevendo um "Guia Simplificado de Introdução ao Solidity" para uso dos iniciantes (os especialistas em programação devem procurar outros tutoriais). Atualizações semanais, de 1 a 3 lições.

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Nesta lição, vamos falar sobre a vulnerabilidade de overflow de inteiros (Arithmetic Over/Under Flows). Esta é uma vulnerabilidade clássica, mas a partir da versão 0.8 do Solidity, a biblioteca Safemath está integrada, o que reduz consideravelmente a ocorrência desse tipo de problema.

Overflow de Inteiros

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) possui tamanhos fixos para tipos de dados inteiros, o que significa que ela só pode representar números em determinados intervalos. Por exemplo, o tipo de dados uint8 só pode representar números no intervalo de [0,255]. Se você atribuir o valor 257 a uma variável do tipo uint8, ocorrerá um overflow e o valor será 1; se você atribuir -1, ocorrerá um underflow e o valor será 255.

Os hackers podem explorar essa vulnerabilidade para promover ataques. Imagine que um hacker tenha um saldo de 0 e, após gastar $1, o saldo dele se transforme em $2^256-1. Em 2018, o projeto PoWHC foi alvo de um ataque e teve 866 ETH roubados devido a essa vulnerabilidade.

Exemplo de Contrato com a Vulnerabilidade

O exemplo abaixo é de um contrato simples de token, inspirado em um contrato do Ethernaut. Ele possui 2 variáveis de estado: balances para armazenar o saldo de cada endereço e totalSupply para guardar o total de tokens em circulação.

Esse contrato possui 3 funções:

• Construtor: inicializa o total de tokens disponíveis.
• transfer(): função para transferir tokens.
• balanceOf(): função para consultar o saldo.

Como a partir da versão 0.8.0 do Solidity há uma verificação automática de erros de overflow de inteiros, é necessário usar a palavra-chave unchecked para desativar temporariamente a verificação de overflow dentro de um bloco de código, como é feito na função transfer().

A vulnerabilidade neste exemplo está na função transfer(), onde require(balances[msg.sender] - _value >= 0); irá sempre passar devido ao overflow de inteiros, permitindo que os usuários realizem transferências ilimitadas.

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.21;

contract Token {
  mapping(address => uint) balances;
  uint public totalSupply;

  constructor(uint _initialSupply) {
    balances[msg.sender] = totalSupply = _initialSupply;
  }
  
  function transfer(address _to, uint _value) public returns (bool) {
    unchecked {
      require(balances[msg.sender] - _value >= 0);
      balances[msg.sender] -= _value;
      balances[_to] += _value;
    }
    return true;
  }
  
  function balanceOf(address _owner) public view returns (uint balance) {
    return balances[_owner];
  }
}

Reproduzindo o Problema no Remix

1. Deploy do contrato Token, com um total de 100 tokens.
2. Transferência de 1000 tokens para outra conta, com sucesso.
3. Consulta do saldo da própria conta, exibindo um número extremamente grande, próximo de 2^256.

Medidas de Prevenção

1. Para versões anteriores à 0.8.0, é recomendado a utilização da biblioteca Safemath para proteger contra erros de overflow de inteiros.

2. A partir da versão 0.8.0 do Solidity, o Safemath está integrado diretamente, praticamente eliminando esse tipo de problema. Os desenvolvedores podem, algumas vezes, desativar temporariamente a verificação de overflow de inteiros utilizando a palavra-chave unchecked, porém devem garantir que não existam vulnerabilidades de overflow no código.

Conclusão

Nesta lição, apresentamos a clássica vulnerabilidade de overflow de inteiros. Com a integração do Safemath a partir da versão 0.8.0 do Solidity, esse tipo de vulnerabilidade se tornou muito raro.