以太坊智能合约优化与交易网络安全分析

摘要：以太坊是一个支持加密货币（以太币）和智能合约的区块链平台。 尽管以太坊上部署了超过 800 万个智能合约合约以太坊，但对其用户的特征、智能合约的活动以及它们之间的交互知之甚少。 作为一种使用区块链机制（运行在以太坊虚拟机上）来执行代码的软件，智能合约因其诸多优势而受到越来越多的关注。 为了保证智能合约的执行可以终止，防止资源滥用，以太坊向部署智能合约的开发者和使用智能合约的用户收费。 此外，未优化的智能合约将比优化的智能合约花费更多的交易费用。 智能合约的优化可以从底层操作码序列和高层语句逻辑结构两个角度入手。 此外，最近的研究发现，通过使用静态程序分析技术，可以检测到大量智能合约中存在的严重安全问题。 对于智能合约，大多数静态程序分析技术都需要先构建其控制流图，控制流图需要通过控制流传输（CFT）将基本代码块连接起来，以便进行下一步的分析。 针对上述问题，本文基于复杂网络分析技术、程序字节码优化技术、程序控制流传输（CFT）技术、gas低效特征优化技术完成四项任务，以实现对以太坊。 本文的主要研究内容如下： 本文通过网络图分析完成了对以太坊的系统研究，进而提出了一种收集所有交易数据的新方法，进而构建了资金转账网络图（MFG）、智能合约创建图 (CCG) 和智能合约调用图 (CIG) 来描述以太坊上的主要活动。

本文通过分析 MFG、CCG 和 CIG 上的各种网络图指标（例如聚类系数），获得对以太坊的观察和见解。 这些结果使研究人员能够更好地了解以太坊生态系统。 针对以太坊攻击取证、异常检测和去匿名化三大重要安全问题，本文提出了三种基于三种网络图的检测方法，并通过实际案例分析验证了检测方法的有效性。 针对底层操作码序列的优化，本文提出了24个在部署和调用智能合约时会浪费gas的优化特征码序列，并确定了相应的高效代码来替代可优化特征码序列的实例。 本文设计了一种智能合约字节码级工作流，可以自动检测优化后的特征代码序列，并将其替换为相应的高效代码。 本文对已部署的智能合约及其执行记录进行了实验，并检测了大量优化特征代码的实例。 本文完成了一个大型智能合约 CFT 识别分析，对 6 种广泛使用的工具进行了全面比较，检测了所有部署的智能合约，最终获得了许多见解合约以太坊，其中一些可以应用于其他工具的优势。 本文利用 EVM 恢复智能合约的历史执行记录，并使用这些记录对工具进行评估，发现执行记录可以显着补充工具发现的 CFT。 基于以上观察，本文使用从执行轨迹中提取的CFT对oyente进行增强，大量实验表明这种增强可以降低其漏报率。 本文针对高层语句逻辑结构，提出了10种gas低效智能合约特征代码，并设计了一种基于符号执行技术的gas低效特征检测方法。 本文对以太坊部署的合约进行了广泛的实证研究，分析了 gas 效率低下的普遍性。 并且本文针对不同版本的编译器进行了实验，并确定了编译器版本升级对消除 gas 低效率的影响。