SharkTeam：十大智能合约安全威胁之三明治攻击

问：我们常提到的智能合约漏洞真的是实际中威胁最大、发生最频繁的安全漏洞吗？

答：完全不是那样。例如“溢出”、“外部调用”等常提到的智能合约安全漏洞并不是最常发生，威胁最大的。

到底哪些安全威胁从发生频率和危害性上能称为Top10的呢？SharkTeam合约安全系列课程之【十大智能合约安全威胁】和您一起讨论和深入。第七课【详解三明治攻击】。

一、什么是三明治攻击

三明治攻击（ Sandwich Attack）:一种抢先交易，主要针对Defi协议和服务。在三明治攻击中，恶意交易者在他们选择的网络上寻找待处理交易，例如以太坊。三明治攻击的发生是在交易前和交易后各下一个订单。从本质上讲，攻击者会同时进行 前置（front-run） 和后置（ back-run） 交易，而原来的待处理交易则夹在中间。

根据上图所示，三明治攻击主要流程如下：

（1） 攻击者提前洞察了受害者的交易意图，认为有利可图，提前通过利用10个TokenA兑换了100个TokenB，同时抬高了TokenB的价格

（2） 受害者在不知情的情况下，通过意外价格滑点，以5个TokenA兑换了40个TokenB，原本5个TokenA可以兑换50个TokenB

（3） 攻击者再将100Token B兑换成12.5个TokenA，获利2.5个TokenA

在以X * Y = k理论基础的DEX生态中，每次购买Token时候，对应的价格将会上涨。因此，如果我们先购买它，然后其他人购买其他Token，价格就会上涨。如果我们随后立即卖出，我们将获利，因为我们低买高卖，实现了套利。套利在某种程度上，是可以维护市场价格生态的平衡。但是，三明治攻击会牺牲正常交易者的利益为代价，攻击者最终谋取利润。

三明治攻击可能通过以下两种方式：

（1）流动性获得者攻击流动性获得者

流动性获得者试图攻击在区块链上有待处理的AMM交易的流动性获得者。看到等待批准的交易，掠夺者发出两个后续交易（前置和后置）以从交易者的交易中受益。现在，通过一个流动性池和货币对连接了三个待处理的交易。矿工必须选择哪笔交易首先获得批准。这就是掠夺者可以通过实际贿赂矿工来影响这个决定的地方，即支付更高或更低的交易费用。

（2）流动性提供者攻击流动性获得者

在这种情况下，流动性提供者试图攻击流动性获得者。一切的开始都是一样的，攻击者在区块链上看到一个待处理的交易，然后执行三个交易：

（a）消除流动性：抢占先机（通过减少资产的市场流动性来增加受害者的滑点）

（b）添加流动性：恢复运行（将资金池中的流动性恢复到攻击前的水平）

（c）用B交换A：返回运行（将A的资产余额恢复到攻击前的状态）

在这次攻击中，攻击者在受害者的交易执行之前从流动性池中提取所有资产。在这样做的过程中，掠夺者放弃了受害者交易的佣金。流动性提供者根据他们向AMM提供的流动性收取佣金。

但是，这些攻击都不一定有效。要使攻击有效，需要同时满足两个条件：

（1）利润需要高于gas费（矿工为处理每笔交易收取的费用）：因为利润如果很小，用户需要获得相当多的Token数量才能克服gas费

（2）减少滑点：滑点是指用户在交易中愿意接受的理想价格的最大偏差。由于交易不是立即执行的，在同一Token内操作的其他交易可能会先被执行，从而导致价格的变化。这意味着想要购买Token的用户无法知道他们的交易执行时的确切价格。这就带来了购买可能经历过大幅价格变化的Token问题。

二、攻击分析

观察下图可知，三明治攻击是经常发生的。在经常被利用的十大合约中，Uniswapv2 Router2、Uniswap v3 Router2占比较多。截至2022年10月28日，在最近30天中，Uniswap v3 Router2占58.0%。

在最近30天中，三明治攻击监测如下图所示：

我们来分析一个三明治攻击，Tx hash：0x65a6d6e7b88a3d7c6c11ef4658765bcd94e2a0f831a1e9752f711bbecc08740a。

该三明治攻击大概过程如下：

（1）受害者的地址(0x37a…d80fa)计划出售 1.4 WETH 换取 APE

（2）攻击者一直在扫描内存池（mempool），并且观测到受害者的意图

（3）攻击者的地址(0x01b…b0159)发起卖出 44.233706 WETH 换 176.994496 APE 的交易，并且降低了WETH 价格，提高了APE价格

（4）在 WETH 的较低价格下，受害者(0x37a…d80fa)只能获得 3.919601 APE，他本来可以获取更多

（5）攻击者(0x01b…b0159) 以 44.546633 WETH 的价格出售了 176.994496 APE

（6）最终，攻击者(0x01b…b0159) 获得 0.312927 WETH，扣除以太坊上的一些成本

（7）在此过程中，攻击者（0x01b…b0159) 发送 Miner (0x829…3a830) 0.2 WETH 用来提高交易排序

三、预防措施

回顾了相关事件后，我们应该采取哪些适当的措施去避免三明治攻击？

（1）gas限制

三明治攻击之所以会发生，因为更高的gas费用交易优先于其他交易。通过对该gas费用设置一定的限制，影响将不会那么明显。其实，永远无法完全消除这个问题，因为gas费用总是存在差异的。但是，通过让这种差异变小，攻击的发生速度也会变慢。

（2）避免低流动性池

缺乏良好的流动性对这个问题是不利的。流动性池越小，投资者获得好价格的机会就越小，因为这更容易产生滑点。滑点越高，从三明治攻击中获得的利润就越多。

（3）小额交易

三明治攻击对较大的交易额感兴趣，交易额越大，利润空间越大。避免三明治攻击的一种方法是将我们的交易分成几个较小的交易，因为这些小额交易对于抢跑者来说不太具有吸引力。

关于我们：SharkTeam的愿景是全面保护Web3世界的安全。团队成员分布在北京、南京、苏州、硅谷，由来自世界各地的经验丰富的安全专业人士和高级研究人员组成，精通区块链和智能合约的底层理论，提供包括智能合约审计、链上分析、应急响应等服务。已与区块链生态系统各个领域的关键参与者,如Polkadot、Moonbeam、polygon、OKC、Huobi Global、imToken、ChainIDE等建立长期合作关系。