解析跨鏈收益率提升平臺 Popsicle Finance 遭攻擊原因及過程

攻擊者通過 Popsicle Finance 在機槍池實現上的漏洞發起攻擊，獲利超過 2000 萬美元。

撰文：BlockSec

北京時間 2021 年 8 月 4 日早上 6 點（區塊 12955063），Popsicle Finance 項目下的多個機槍池被攻擊，損失金額超過兩千萬美元，是迄今爲止 DeFi 領域發生的損失數額最大的單筆攻擊之一。通過分析 攻擊交易 及項目代碼我們發現，此次攻擊是一個利用項目的記賬漏洞進行多次提取的攻擊（Double-Claiming Rewards）。下面我們通過代碼和攻擊流程分析此次攻擊。

代碼分析

Popsicle Finance 是一個涉及多個鏈的機槍池（Yield Optimization Platform）。

用戶首先調用 deposit 函數向機槍池存入一定的流動性，並獲得 Popsicle LP Token （以下簡稱 PLP Token）作爲存款的份額證明。Popsicle Finance 會將用戶提供的流動性存入 Uniswap 等底層池子並獲得收益。

用戶還可以調用 withdraw 函數，根據用戶持有的 PLP Token 所代表的流動性份額，從機槍池取回流動性。Popsicle Finance 會將 PLP Token 對應的流動性從 Uniswap 等底層池子中取回給用戶。

最後，用戶在機槍池中存的流動性會隨着時間產生一定的收益（Yield），會累計在合約的用戶狀態中。用戶可以調用 collectFees 函數取回部分存款獎勵。

本次攻擊的核心函數正是 collectFees 函數。下面我們逐步分析其代碼。首先獲得存儲在 userInfo 中的用戶狀態。其中用戶狀態中的 token0Rewards 和 token1Rewards 是由於用戶存款而累積的獎勵。

接下來計算該合約中，對應機槍池的 Token 對的 Balance。如果在合約中有足夠的 Balance，就按金額將 Reward 支付給用戶；否則會調用 pool.burnExactLiquidity 從底層 pool 取回流動性返回給用戶。

最後，會將記錄在 userInfo 中的 Rewards 狀態進行更新。看到這裏，機槍池的代碼實現還是比較符合邏輯的。但是在函數開頭我們發現了 updateVault modifier，這個函數會在 collectFees 的函數體之前運行，漏洞也許在 updateVault 相關的函數中。

以上是 updateVault 相關函數的實現。過程如下：

1. 首先調用_earnFees 向底層 pool 獲取積累的 Fee；
2. 隨後調用_tokenPerShare 更新 token0PerShareStored 和 token1PerShareStored 參數，這兩個參數代表了池子中每個 share 代表的 token0 和 token1 的數量，即機槍池的每個份額計代表的 Token 對數量；
3. 最後調用_fee0Earned 和_fee1Earned 更新對應到這個用戶的存款 Rewards （即 user.token0Rewards 和 user.token1Rewards）。

以上是_fee0Earned 和_fee1Earned 函數的實現，兩個函數實現相同，都實現了這樣一個公式（以_fee0Earned 爲例）：

user.token0Rewards += PLP.balanceOf(account) * (fee0PerShare – user.token0PerSharePaid) / 1e18

也就是說，該函數會在原有的 user.token0Rewards 基礎上，根據用戶擁有的 PLP Token 數量計算應給用戶發放的 Fee 的份額。

但我們注意到這個函數是增量的，也就是說即使用戶並沒有持有 PLP Token （PLP.balanceOf(account) 爲 0），該函數仍會返回保存在 user.token0Rewards 中記賬的存款獎勵。

因此對於整個合約，我們發現兩個重要的邏輯缺陷：

1. 用戶的存款獎勵是記錄在 user.token0Rewards 和 user.token1Rewards 中的，並不與任何 PLP Token 或其他東西有任何形式的綁定。
2. 用於取回存款收益的 collectFees 函數僅僅依賴於記賬的 user.token0Rewards 和 user.token1Rewards 狀態，即使用戶並未持有 PLP Token，仍可以取出對應的存款獎勵。

我們假想一個攻擊流程：

1. 攻擊者向機槍池中存入一定的流動性，獲得一部分 PLP Token。
2. 攻擊者調用 collectFees(0, 0)，後者會更新攻擊者的存款獎勵，即狀態變量 user.token0Rewards 的值，但並沒有真正取回存款獎勵。
3. 攻擊者將 PLP Token 轉給自己控制的其他合約，再調用 collectFees(0, 0) 更新狀態變量 user.token0Rewards。也就是說通過不斷地流轉 PLP Token 並調用 collectFees(0, 0)，攻擊者複製了這些 PLP Token 對應的存款獎勵。
4. 最後，攻擊者從以上各個地址調用 collectFees 函數，取回真正的獎勵。此時雖然這些賬戶中並沒有 PLP Token，但由於記賬在 user.token0Rewards 沒有更新，攻擊者因此得以取出多份獎勵。

用現實生活中的例子來描述這個攻擊，相當於我向銀行存錢，銀行給了我一張存款憑證，但這張憑證沒有防僞措施也沒有和我綁定，我把憑證複印了幾份發給不同的人，他們每個人都憑藉這個憑證向銀行取回了利息。

攻擊流程分析

通過以上的代碼分析，我們發現了 Popsicle Finance 在機槍池實現上的漏洞。下面我們對攻擊交易進行深入分析，看攻擊者是怎樣利用這個漏洞的。

攻擊者的總體流程如下：

1. 攻擊者創建了三個交易合約。其中一個用於發起攻擊交易，另外兩個用於接收 PLP Token 並調用 Popsicle Finance 機槍池的 collectFees 函數取回存款獎勵。
2. 通過閃電貸從 AAVE 借出大量流動性。攻擊者選擇了 Popsicle Finance 項目下的多個機槍池，向 AAVE 借出了對應這些機槍池的六種流動性。
3. 進行 Deposit-Withdraw-CollectFees 循環。攻擊者一共進行了 8 次循環，分別攻擊了 Popsicle Finance 項目下的多個機槍池，取出了大量流動性。
4. 向 AAVE 歸還閃電貸，並將獲利通過 Tornado Cash 洗錢。

本次攻擊交易主要由數個 Deposit-Withdraw-CollectFees 循環構成，每一個循環的示意圖如上圖所示。根據我們的分析，邏輯如下：

1. 攻擊者首先將閃電貸借來的流動性存入機槍池中，獲得一定量的 PLP Token。
2. 攻擊者將 PLP Token 轉給攻擊合約 2。
3. 攻擊合約 2 調用機槍池的 collectFees(0, 0) 函數，設置合約 2 對應的 user.token0Rewards 和 user.token1Rewards 狀態。
4. 攻擊合約 2 將 PLP Token 轉給攻擊合約 3。
5. 和攻擊合約 2 的操作類似，攻擊合約 3 調用機槍池的 collectFees(0, 0) 函數，設置合約 2 對應的 user.token0Rewards 和 user.token1Rewards 狀態。
6. 攻擊合約 2 將 PLP Token 轉回攻擊合約，後者調用機槍池的 withdraw 函數 Burn 掉 PLP Token，取回流動性。
7. 攻擊合約 2 和攻擊合約 3 調用 collectFees 函數，用虛假的 tokenRewards 狀態取回了存款獎勵。

根據我們的以太坊交易 追蹤可視化系統 給出的交易調用圖如下，其中部分重要交易用紅字進行標註：

利潤分析

本次攻擊一共獲利：2.56k WETH，96.2 WBTC，160k DAI，5.39m USDC，4.98m USDT，10.5k UNI，獲利共計超過 20,000,000 美元。

在此次攻擊之後攻擊者通過首先通過 Uniswap 和 WETH 將攻擊獲得的其他 token 全部換成 ETH，然後通過多次使用 Tornado.Cash 將 ETH 洗白。