[DVD-01] Unstoppable: phá vỡ invariant ERC4626 bằng một khoản donate để khóa vault

Tóm tắt

Unstoppable là challenge mở đầu của Damn Vulnerable DeFi v4, khai thác một vault ERC4626 kiêm flash lender. Chỉ cần một giao dịch: chuyển thẳng 1 wei token vào vault, bỏ qua hàm deposit(). Khoản “donate” này làm lệch số dư token thực tế so với số share đang lưu hành, phá vỡ invariant mà flashLoan() dùng để kiểm tra, khiến mọi flash loan sau đó revert. Monitor contract phát hiện sự cố, pause vault và trả quyền sở hữu — đúng điều kiện thắng.

Bối cảnh & Mục tiêu

Hai contract tham gia:

• UnstoppableVault (src/unstoppable/UnstoppableVault.sol) — vault ERC4626 (totalSupply là share, asset là DVT) triển khai chuẩn flash loan ERC3156. Phí flash loan là 0 nếu block.timestamp < end và số vay nhỏ hơn maxFlashLoan() (dòng 61–65). Vault có cơ chế pause và hàm execute() chỉ owner dùng khi paused.
• UnstoppableMonitor (src/unstoppable/UnstoppableMonitor.sol) — contract giám sát, là owner của vault. Hàm checkFlashLoan() (dòng 36–53) thử vay flash loan; nếu thất bại, nó emit FlashLoanStatus(false), gọi vault.setPause(true) và vault.transferOwnership(owner).

Trạng thái ban đầu (test/unstoppable/Unstoppable.t.sol): deployer deposit 1.000.000 DVT vào vault, nhận về 1.000.000 share (tỷ lệ 1:1); player có 10 DVT; monitor vừa chạy một lần checkFlashLoan(100e18) thành công.

Điều kiện thắng trong _isSolved() (dòng 106–116): lần checkFlashLoan tiếp theo phải thất bại, vault bị pause, và ownership chuyển về deployer.

Phân tích lỗ hổng

flashLoan() bắt đầu bằng một invariant check theo chuẩn ERC4626 (dòng 84–85):

uint256 balanceBefore = totalAssets();
if (convertToShares(totalSupply) != balanceBefore) revert InvalidBalance(); // enforce ERC4626 requirement

Vấn đề nằm ở định nghĩa totalAssets() (dòng 71–73):

function totalAssets() public view override nonReadReentrant returns (uint256) {
    return asset.balanceOf(address(this));
}

totalAssets() đọc số dư token thực tế của vault, chứ không phải một biến kế toán nội bộ. Bất kỳ ai cũng có thể token.transfer(vault, x) mà không cần qua deposit(). Khi đó balanceOf(vault) tăng nhưng totalSupply (share) không đổi.

Với solmate ERC4626, convertToShares(totalSupply) = totalSupply.mulDivDown(totalSupply, totalAssets()). Ban đầu 1.000.000e18 token ↔ 1.000.000e18 share, invariant đúng. Sau khi donate 1 wei:

• totalAssets() = 1.000.000e18 + 1
• convertToShares(totalSupply) = (1.000.000e18)² / (1.000.000e18 + 1) = 1.000.000e18 − 1 (làm tròn xuống)

Hai giá trị lệch nhau → revert InvalidBalance() ngay trước khi chuyển token. Mọi flash loan từ đó đều bị revert. Monitor nhận thấy thất bại và giả định vault gặp sự cố, liền pause vault và trả ownership cho deployer — không hề biết “sự cố” chỉ là một khoản donate 1 wei của kẻ tấn công.

Đây là một biến thể của lớp lỗ hổng donation/inflation attack trên ERC4626: invariant được kiểm tra bằng giá trị balance có thể bị thao túng từ bên ngoài, thay vì dùng sổ kế toán do chính contract quản lý.

Khai thác

Toàn bộ exploit chỉ là một dòng (trong test_unstoppable()):

token.transfer(address(vault), 1);

Kịch bản diễn ra như sau:

1. Player gửi 1 wei DVT thẳng vào vault, không qua deposit().
2. _isSolved() giả lập deployer gọi monitorContract.checkFlashLoan(100e18).
3. vault.flashLoan(...) revert InvalidBalance vì invariant đã vỡ.
4. Monitor bắt được exception, emit FlashLoanStatus(false), pause vault, chuyển ownership về deployer.
5. Assert pass: vault.paused() == true, vault.owner() == deployer.

Kết quả

Chạy forge test --match-contract UnstoppableChallenge -vv:

Ran 2 tests for test/unstoppable/Unstoppable.t.sol:UnstoppableChallenge
[PASS] test_assertInitialState() (gas: 57303)
[PASS] test_unstoppable() (gas: 66791)
Suite result: ok. 2 passed; 0 failed; 0 skipped

Bài học & Cách phòng tránh

• Không dùng balanceOf làm nguồn kế toán. totalAssets() nên được tính từ sổ sách nội bộ (tổng deposit trừ tổng withdraw) hoặc dùng virtual offset như các implementation ERC4626 chống inflation (ví dụ OpenZeppelin dùng _asset + _decimalsOffset), để token chuyển thẳng vào vault không làm thay đổi giá trị share.
• Kiểm tra invariant theo hướng an toàn: nếu bắt buộc dùng balance, invariant check phải chấp nhận totalAssets() >= convertToShares(totalSupply) thay vì yêu cầu bằng tuyệt đối.
• Phân biệt “token bị kẹt” và “sự cố hệ thống”: monitor tự động pause và trao quyền khẩn cấp dựa trên một lần kiểm tra đơn lẻ là thiết kế nguy hiểm — kẻ tấn công có thể giả tạo sự cố để kích hoạt các hành động phản ứng tự động.

Tham khảo

• Challenge: Unstoppable — Damn Vulnerable DeFi
• Source: src/unstoppable/UnstoppableVault.sol, src/unstoppable/UnstoppableMonitor.sol, test/unstoppable/Unstoppable.t.sol