算術と論理のセキュリティのテスト (Testing Arithmetic and Logic Security)

説明

スマートコントラクトにおける算術と論理のセキュリティは、数学演算が安全かつ完全性とともに実行されることを確保します。これらの演算は、オーバーフロー、アンダーフロー、精度の低下、その他の予期しない動作、脆弱性、経済的損失につながる論理エラーから保護される必要があります。特に資産残高、時間単位、固定小数点計算など、算術演算の適切な処理は、スマートコントラクトの安定性とセキュリティを確保するために不可欠です。これには、正しい関数実行を確保するための事前条件と事後条件の管理や、ゼロ除算や off-by-one エラーなどの脆弱性の防止も含みます。

例: オーバーフローとアンダーフローの防止

// SafeMath library example to prevent overflow/underflow
using SafeMath for uint256;

function transfer(uint256 amount) public {
    require(balance[msg.sender] >= amount, "Insufficient balance");
    balance[msg.sender] = balance[msg.sender].sub(amount); // Safe subtraction
    balance[recipient] = balance[recipient].add(amount);  // Safe addition
}

この例では、SafeMath を使用して整数オーバーフローとアンダーフローを防ぎ、トークン残高の演算が安全であることを確保します。

影響

• オーバーフロー/アンダーフロー脆弱性: 算術演算が適切にチェックされていない場合、オーバーフローまたはアンダーフローをもたらし、資金の不正な送金、変数への不正な値の設定、トランザクションの失敗など、予期しない動作が発生する可能性があります。

• 精度低下: 固定小数点算術演算や時間単位の掲載を実行する際には、特にトークノミクスや金融システムで小数値を扱う場合に、丸め誤差や精度低下が不正確さにつながる可能性にあります。

• データ破損: データ型、配列、構造体の不適切な処理は、データ破損や不正確な値をもたらし、論理的な欠陥や脆弱性につながる可能性があります。

• 不正操作された計算: 重要な計算 (価格や利率の計算など) が安全でない場合、攻撃者は脆弱性 (フラッシュローンを通じてなど) を悪用して値を不正操作し、コントラクトのロジックを乱す可能性があります。

• トランザクションの失敗: ゼロ除算を不適切に処理したり、変数の境界を越えてしまうと、トランザクションを元に戻したり失敗することにつながり、コントラクト操作を中断し、ユーザー資金の損失となる可能性があります。

• 論理エラー: 論理演算子の不適切な使用やループでの off-by-one エラーは意図しないコントラクトの動作を引き起こし、エクスプロイトを可能にしたり、金融取引での誤った結果をもたらすかもしれません。

対策

• オーバーフロー/アンダーフロー保護: 算術演算には常に SafeMath や類似のライブラリを使用し、オーバーフローやアンダーフローの問題を防ぎます。明示的な型キャストや unchecked{} ブロック内の演算は慎重に管理する必要があります。

• 固定小数点算術演算: 固定小数点算術演算が安全に実行されて、オーバーフロー、アンダーフロー、精度の低下を避けるようにします。固定小数点数を含む計算を検証して精度を維持します。

• 安全な計算: 価格、利率、金融計算が、特にフラッシュローンなどの攻撃からの、不正操作に対して保護されるようにします。資産残高計算を安全に処理して脆弱性を防ぎます。

• 論理的な一貫性: 計算において適切な丸めルールを適用し、不等式と比較を検証し、論理演算でのエッジケースを適切に処理します。

• 事前/事後条件チェック: 事前条件チェックを適用して無効な計算を避け、除算の前に乗算を実行して精度を維持するようにします。最小トランザクション金額やループでの off-by-one エラーなどのエッジケースを検証します。

• 正しいデータ処理: 意図しない型変換や精度低下を避けます。abi.decode が型制限内で使用され、オーバーフローを防ぐようにします。

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テスト 1: 安全な数学演算が使用されていることを確認する

脆弱なコード:

pragma solidity ^0.8.0;

contract UnsafeMath {
    uint256 public balance;

    function addFunds(uint256 _amount) public {
        balance += _amount;  // Possible overflow if balance + _amount exceeds max uint256 value
    }
}

なぜ脆弱なのか

このコントラクトは安全な数学ライブラリを使用せずに算術演算を実行しています。残高が uint256 の最大値 (2^256 - 1) を超えると、オーバーフローが発生します。 これは、予期しないコントラクトの動作や残高のリセットをもたらし、攻撃者がコントラクトを不正操作できる可能性があります。

修正されたコード:

pragma solidity ^0.8.0;

contract SafeMath {
    using SafeMath for uint256;
    uint256 public balance;

    function addFunds(uint256 _amount) public {
        balance = balance.add(_amount);  // Safe addition using SafeMath to prevent overflow
    }
}

チェック方法

• コードレビュー: すべての算術演算で SafeMath (古いバージョンの場合) などのライブラリを使用しているか、Solidity 0.8 で組み込まれたオーバーフローチェックに依存していることをチェックします。

• テスト: 大きな値を追加するなどのエッジケースを使用して、コントラクトがオーバーフローを防いでいるかどうかをチェックします。

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テスト 2: 固定小数点算術の正しい使用を検証する

脆弱なコード:

pragma solidity ^0.8.0;

contract FixedPointExample {
    uint256 public totalSupply;

    function calculateReward(uint256 _rewardPercentage) public view returns (uint256) {
        return totalSupply * _rewardPercentage / 100;  // Simple calculation without considering fixed-point precision
    }
}

なぜ脆弱なのか

この関数は固定小数点を考慮せずに除算を実行します。これは、特に小さなパーセンテージ値では、丸め誤差をもたらします。 整数除算を使用すると直ちに切り捨てにつながり、報酬計算に不正確さをもたらします。

修正されたコード:

pragma solidity ^0.8.0;

contract FixedPointExample {
    uint256 public totalSupply;
    uint256 constant FIXED_POINT = 1e18;  // Set a scaling factor for fixed-point precision

    function calculateReward(uint256 _rewardPercentage) public view returns (uint256) {
        return (totalSupply * _rewardPercentage * FIXED_POINT) / 100 / FIXED_POINT;  // Proper fixed-point arithmetic
    }
}

チェック方法

• コードレビュー: 固定小数点算術演算が適切なスケーリング係数 (1e18 など) を使用して実装され、精度の低下を回避していることを検証します。

• 動的テスト: _rewardPercentage に小さな値で関数をテストし、結果が正確であることをチェックし、予期しない丸め動作がないことを検証します。