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fAmulet:在 Polygon zkRollup 中尋找終止失敗錯誤


核心概念
fAmulet 是一款利用模糊測試技術,專門針對 Polygon zkRollup 中的交易終止失敗錯誤進行偵測的工具,它能有效發現並定位這些錯誤,協助開發者提升 zkRollup 系統的安全性。
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這篇研究論文介紹了 fAmulet,這是一款用於偵測 Polygon zkRollup 中交易終止失敗錯誤的自動化測試工具。 研究背景 隨著區塊鏈技術的快速發展,以太坊等區塊鏈平台面臨著交易吞吐量有限的挑戰。為了解決這個問題,零知識 Layer 2 (L2) 協議應運而生,Polygon zkRollup 就是其中一種備受矚目的協議。zkRollup 協議將交易處理過程移至鏈下,並利用零知識證明技術確保交易的正確性,從而提高交易速度。然而,zkRollup 協議的交易終止過程十分複雜,涉及多個 L1 和 L2 組件之間的交互,任何錯誤都可能導致交易終止失敗,進而影響整個系統的可用性和安全性。 fAmulet 的設計與實現 fAmulet 旨在有效地發現和定位 zkRollup 協議中的交易終止失敗錯誤。其核心設計包含以下幾個方面: **終止行為模型:**fAmulet 建立了一個終止行為模型,用於記錄和分析交易終止過程中各個組件的運行時行為。該模型可以幫助 fAmulet 更好地理解系統行為,並指導後續的測試用例生成。 **行為導向的交易模糊測試:**fAmulet 採用行為導向的模糊測試技術,根據終止行為模型生成和變異測試交易,以觸發潛在的錯誤。 **邏輯注入技術:**為了繞過 Polygon zkRollup 交易池的預執行檢查,fAmulet 使用邏輯注入技術對變異後的交易進行偽裝,確保這些交易能夠被系統處理。 **錯誤預言機和重現:**fAmulet 使用錯誤預言機實時監控系統,並利用收集到的運行時信息和歷史交易記錄重現已識別的錯誤,以便開發者進行調試和修復。 評估與貢獻 研究人員在 Polygon zkRollup 上進行了廣泛的實驗,結果表明 fAmulet 成功發現了 12 個零時差的交易終止失敗錯誤,這些錯誤都已得到官方團隊的確認和修復。此外,與其他基準測試工具相比,fAmulet 在分支覆蓋率方面表現更出色。 總結 fAmulet 是一款針對 zkRollup 協議的有效漏洞偵測工具,它可以幫助開發者發現和修復交易終止失敗錯誤,提高系統的安全性。這項研究對於推動 zkRollup 技術的發展和應用具有重要意義。
統計資料
fAmulet 成功發現了 Polygon zkRollup 中的 12 個零時差交易終止失敗錯誤。 與基準測試工具相比,fAmulet 在分支覆蓋率方面至少提高了 20.8%。

從以下內容提煉的關鍵洞見

by Zihao Li, Xi... arxiv.org 10-17-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.12210.pdf
fAmulet: Finding Finalization Failure Bugs in Polygon zkRollup

深入探究

除了模糊測試,還有哪些技術可以用於偵測 zkRollup 協議中的漏洞?

除了模糊測試 (Fuzzing) 之外,還有許多技術可以用於偵測 zkRollup 協議中的漏洞,以下列舉幾項並說明其應用於 zkRollup 的方式: 形式化驗證 (Formal Verification): 形式化驗證是一種利用數學方法,驗證系統是否符合預期行為的技術。zkRollup 協議的複雜性使其非常適合應用形式化驗證,可以驗證智能合約的邏輯、零知識證明系統的安全性以及整體協議的正確性。 符號執行 (Symbolic Execution): 符號執行將程序的輸入視為符號值,並模擬程序在所有可能路徑上的執行,從而找出潛在的漏洞。此技術可用於分析 zkRollup 協議的智能合約,找出可能導致錯誤狀態或資金損失的邊緣案例。 靜態分析 (Static Analysis): 靜態分析無需實際執行程序,即可分析程序代碼並找出潛在的漏洞。此技術可以應用於 zkRollup 協議的智能合約代碼,找出常見的編碼錯誤、安全漏洞以及不符合最佳實務的程式碼。 審計 (Auditing): 審計是由安全專家團隊對 zkRollup 協議的代碼、設計和文件進行全面審查,找出潛在的漏洞和安全風險。審計是發現複雜漏洞的有效方法,特別是那些需要深入理解協議設計和實現的漏洞。 需要注意的是,沒有一種技術可以單獨發現所有類型的漏洞。最佳的做法是結合多種技術,例如將模糊測試與形式化驗證或符號執行結合使用,以提高漏洞檢測的覆蓋率和效率。

fAmulet 如何應對 zkRollup 協議不斷發展和更新帶來的挑戰?

zkRollup 協議的快速發展和更新對 fAmulet 這樣的安全測試工具帶來一定的挑戰。為了應對這些挑戰,fAmulet 需要在以下幾個方面做出調整和改進: 模組化設計 (Modular Design): fAmulet 應採用模組化設計,將不同功能模組化,例如交易生成、邏輯注入、行為模型和漏洞預言機等。這種設計可以讓開發者更容易地更新和替換特定模組,以適應 zkRollup 協議的變化。 可配置性 (Configurability): fAmulet 應該提供豐富的配置選項,讓使用者可以根據不同的 zkRollup 協議版本和特性進行調整。例如,使用者可以配置不同的交易類型、邏輯注入策略、行為模型參數以及漏洞預言機規則。 自動化更新 (Automated Updates): 為了跟上 zkRollup 協議的更新速度,fAmulet 應該具備自動更新機制。這可以通過定期從官方倉庫同步最新代碼、自動下載最新協議規範以及自動生成新的測試用例來實現。 機器學習 (Machine Learning): fAmulet 可以整合機器學習技術,例如強化學習,以提高漏洞檢測的效率。通過分析歷史測試數據和漏洞模式,機器學習模型可以學習到更有效的測試策略,例如如何生成更可能觸發漏洞的交易以及如何更快地識別漏洞。 通過不斷地改進和更新,fAmulet 可以持續地為 zkRollup 協議的安全性保駕護航。

fAmulet 的設計理念是否可以應用於其他類型的區塊鏈系統?

fAmulet 的設計理念,特別是行為導向模糊測試 (Behavior-Guided Fuzzing) 和邏輯注入 (Logic Injection) 技術,可以應用於其他類型的區塊鏈系統,例如: Optimistic Rollup: fAmulet 可以通過調整交易生成策略和漏洞預言機,來適應 Optimistic Rollup 的差異,例如針對挑戰期和欺詐證明機制進行測試。 側鏈 (Sidechains): 側鏈通常具有獨立的共識機制和狀態轉換規則,fAmulet 可以通過模組化設計,替換相應的模組以適應不同的側鏈系統。 跨鏈橋 (Cross-chain Bridges): 跨鏈橋負責連接不同的區塊鏈系統,fAmulet 可以通過模擬不同區塊鏈系統之間的交互,測試跨鏈橋的安全性。 總體而言,fAmulet 的設計理念具有良好的通用性,可以應用於其他類型的區塊鏈系統,幫助開發者發現和修復安全漏洞,提高區塊鏈系統的安全性。
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