论文阅读：Seraph: Enabling Cross-Platform Security Analysis For EVM and WASM Smart Contracts

阅读目标

• 了解SERAPH的设计的背景和目标。
• 了解工具设计的基本原理和使用方法。

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概述

• 描述了智能合约非常容易受到外部攻击的背景，这也是SERAPH设计的初衷。
• SERAPH能够在主流的虚拟机框架上运行，例如EVM和WASM。
  • 并引入了一系列连接的API供区块链和虚拟机交互，例如加载和更新区块链上存储的数据。
  • 而且害提出了一种·symbolic semantic graph来对安全分析和内部关键依赖进行结构。

1. 介绍

• 介绍了目前区块链和智能合约的一些内容。
• 开始总结当前智能合约面对具体的外部攻击有哪些：
  • 挑战1：虚拟机-区块链交互：不同的区块链对于变量有不同的存储模式，以太坊采用的是状态变量(state variables)，FISCO-BCOS采用的是表(数据库)。
  • 挑战2：安全分析步骤：当前的安全分析特别依赖平台，安全合约检测需要跨平台的应用。
• SERAPH解决方案: 为了解决上述的问题，设计和开发了SERAPH，设计了一系列连接API并且提出了象征语义图像。

2. 跨平台安全分析

2.1. 概览

• 图2描述了SERAPH的整个流程。
• 最左边描述了SERAPH可以接受智能合约可以用高级的计算机语言作为输入，例如：Solidity, C++ 和 Go。但是必须要要有平台，例如以太坊。
• 基于这些平台，用户可以定义结构CFG(control flow graph)，例如标记CFG的底层指令。
• SERAPH还实现了一系列用于虚拟机和区块链交互的连接API。
• 通过了这个过程，就可以生成symbolic semantic graph(SSG)。
• 下一步，我们就可以通过对SSG进行安全分析。我们会将分析的任务转化为一个多路径图请求序列。例如说搜索SSG上的各种路径，最后生成一个安全报告。

2.2. 连接器API

• Connector API用于定义在虚拟机和区块链之间的交互。
• SERAPH提供了两种类型的API，环境API和状态API。
• 环境API用于计算区块链区块链的环境信息。
  
• 具体来说，API检索一个给定块的哈希值，该块的编号为_num。
• 在API的实现中，我们计算符号值Hb（当前块号）和_num之间的差。
• 然后，根据差异生成符号约束。根据以太坊的说法，如果差值小于256，则生成一个具体的块散列。这里使用一个符号值来表示散列。否则，哈希值设置为0。
• 下面是状态API
  
• 这个update_storage，是设计来用于读取和更新区块链中的存储数据。
• 这个API通过键值对获取输入。
• 通过给定存在的键，SERAPH首先更新存储数据和依赖，之后再进行解释。

2.3. SSG

• SSG是用于给模型表现关键性的依赖信息，通过一种精确的方式。
  
• 上图展示了以太坊Solidity的函数reward，这个函数会增加owner的值。
• SSG有两种边，流程边(实线)和控制边(虚线)。
• 在上述案例+@x代表一个数据依赖——一个加法程序在计数器程序x。
• 相似的，==@y指从相等检测而来的控制边，在计数器程序y。
• 与传统的程序依赖图（PDG）相比，SSG解释了区块链语义，丢弃了程序顺序，减少了状态空间。
• 基于SSG，将安全性分析编码为多径图查询。例如，为了检测契约中潜在的整数溢出，我们可以让Seraph搜索流和控制边的交叉路径，例如路径2和3→4。
• 尽管添加操作引入了潜在的溢出，但执行是由对msg.sender的健全性检查控制，因此不会导致溢出。

3. SERAPH的设计

• 架构，一个网络平台，有前端和后端，如下图所示。
  
• SERAPH使用的是Python，使用的是Z3作为SMT求解器。
• 核心功能
  

4. 评价

• 检测能力的报告如上图所示。