Cosmos的解绑定漏洞分析

今天早上，Cosmos发布v0.34.6补丁，紧急修复了可能导致严重后果的漏洞。现在来分析一下问题所在和可能导致的后果。

导致漏洞的原因

和其他DPOS共识的链一样，Cosmos中参与共识出块的节点有限，只有股权排名前100的验证人节点才是有效验证人。持币用户可以将atom(CosmosHub主网代币)委托给验证人节点，称作委托人。验证人或委托人都可以将委托的币取回，不过这需要一个21天的周期，也就是说我的抵押股权变为可流通代币需要经过一定的锁定期。DPOS区块链通常都会这样设计，这是为了维系网络的稳定性，避免抵押代币在外部市场价格剧烈波动时，网络的总抵押量也随之短期内大幅波动，毕竟DPOS区块链的价值是需要用作共识依据的抵押代币来背书的。但由于Cosmos的三处看似合理的设计，组合在一块却产生了严重的漏洞。

1. 不一致的解绑锁定期

Cosmos中，一个验证人如果因为掉线，双签或者取回过多的自抵押代币（数量低于设定的min_self_bond），便会从活跃的Bonded状态，经过一段时间的UnBonding状态，最后变为UnBonded状态。非Bonded状态的验证人，无论抵押池还有多少token，都不再参与共识。当委托人从一个验证人解绑委托的token时，会进行判断：

1. 如果验证人此时是Bonded状态，解绑需要经历21天的时间。
2. 如果验证人处于UnBonding状态，委托人从该验证人解绑定需要的锁定期等于该验证人的锁定期（小于或等于21天）。
3. 如果验证人处于UnBonded状态，则不需要锁定期，委托人抵押的股权可立即变回代币。
   这样设计的本意的是，当验证人节点因作恶或意外被Jail(关小黑屋)后，委托人可以尽快取回抵押的股权，避免造成损失。

2. 立即生效的转委托

委托人在将代币抵押给一个验证人后，如果想要抵押给另一个验证人，可使用转委托功能，不必先从源验证人上解绑，然后再委托给目标验证人。这样的设定是为了方便委托人可随时在不同验证人之间做选择，如发现某个验证人佣金更低，或是当前验证人频繁掉线，可以尽快转移股权，避免损失。

3. 转委托不限制目标验证人状态

转委托操作不限制目标验证人节点的状态，也就是说，你不光可以转委托给一个Bonded状态的验证人，也能转委托给UnBonding和UnBonded状态的委托人。这样的设计是让验证人节点在出现异常时，还能接受到委托人的抵押。

如何利用漏洞

一个将股权委托给Bonded状态的委托人，可以找到Cosmos网络中的状态为UnBonded的验证人(这样的节点并不少)，将股权转委托给它，然后再解绑，即可立即完成解绑。操作很简单，只用多耗费一点手续费便能让21天的锁定期形同虚设。

漏洞造成的影响

利用该漏洞本身不会造成资金的数量，但该漏洞的存在会让网络变得不稳定，更容易被攻击，最极端的情况的是共识失败，不再出块。Cosmos使用的BFT共识算法，最多能容忍三分之一的股权作恶。Cosmos期望atom总量的67%长期处于抵押状态，假设现在atom总量是1000，全网抵押的atom一共是670，作恶节点只拥有67，只占到10%，是不可能导致共识失败的。然后，作恶节点在交易所引起剧烈的价格波动，因为该漏洞的存在，委托人可以立刻解绑atom，转移至交易所交易。只要全网抵押的atom降到201以下，作恶节点的67个便超过了三分之一，最坏的可能便是宕机，由于Tendermint的最终一致性设计，只要作恶节点不上线，网络将不再出块，且目前没有很好的修复方法。先不论攻击者会不会有这样的企图（攻击成本和攻击收益），没有解绑锁定期，外部市场的价格波动必然会引起短期网络的稳定性，所以任何情况下都要确保解绑锁定期的有效。

漏洞修复

漏洞修复很简单，解绑时不再判断验证人节点的状态，无论怎样都要经过21天的解绑锁定期。

Cosmos热升级过程

Comos在漏洞造成严重影响前立即发布了修复后新版本，迅速联系各个验证人更新，上午大多数节点已经切换至新版本，出块也正常。由于Tendemrint的最终一致性，Cosmos Hub的新老版本在不兼容(某一个块高度后，新老版本的状态机数据不同)的情况下，部分验证人节点已经切换至新版本，部分仍使用老版本。如果热升级没有沟通好，在出现导致状态不一致的交易后，如果抵押股权中的三分之二的验证人已经升级到新版本，则共识以新版本的块为准，运行老版本的节点则会因为共识不一致停止出块。但如果三分之二的验证人仍使用老版本，共识以老版本为准，反而是新版本的节点停止共识。还有种情况则是两边都未达到三分之二，则都停止共识。这样热升级时，必须要协调大多数节点到位。

Polkadot因为有runtime机制的存在，将更新的代码写入区块，节点同步后实时更新运行逻辑，这样优雅的热更新机制，避免了共识失败的情况，节约了升级过程中协调验证人节点产生的成本。