Avalanche 生态借贷项目 Vee Finance 因「杠杆借贷」功能不完善而遭价格操纵攻击，损失或超过 3500 万美元。本次攻击原理与 2020 年初发生的 bZx 安全事件第一次攻击原理非常相似。
北京时间 2021 年 9 月 21 日，Avalanche 链上的借贷项目 Vee Finance 的合约遭受攻击，造成数千万美金的损失（8804.7ETH 和 213.93 BTC）。
通过对相关合约和攻击交易的分析，我们发现这是一起由于该项目提供的「杠杆借贷」功能不完善导致的价格操纵攻击（即 price manipulation attack，我们的 论文 对此做了系统的阐述）。以下我们将对合约漏洞和攻击流程进行完整的分析。
相关背景简介
Vee Finance 是基于 Compound 的一个借贷项目，在 Compound 的基础上做了一些优化和功能更新。而此次被攻击的函数正是在这些新功能的一部分。
首先需要知道的是，Compound 是一个借贷平台，通过超额抵押进行借贷。Vee 在此基础上提供了一个和攻击有关的新功能：杠杆借贷。
超额借贷的意义在于，抵押价值 100 美元的 Ether 可以借出 80 美元的 USDC，当借贷者无法偿还的时候可以没收抵押物以偿还债务，而只要市场波动在一定范围内，抵押品的总价值一定大于贷出的价值，这样就避免了现实世界中借贷需要依赖信誉这个问题。
但是这样显然不够「刺激」。Vee 提供的杠杆借贷原理很简单：使用者可以指定杠杆倍数，假如杠杆为 3，那么抵押价值 100 美元的 Ether 可以借出 80*3=240 美元的 USDC。
当然，Vee 不会让用户直接拿走这笔钱（这样贷出价值就大于抵押品价值，用户可以直接违约），而是允许用户做一笔交易。
这个逻辑在合约的 borrowAndCall 函数中实现：
函数实现首先调用 borrowLeverageInternal 函数进行杠杆借贷，杠杆比率由参数 leverage 指定。然后调用 callOrderProxyInternal 执行用户指定的交易（Order）。
下面首先来看 borrowLeverageInternal （内部会调用逻辑实现 borrowFresh）的实现。大部分代码与 Compound 相同，只有处理 leverage 的时候存在不同：
当用户指定的杠杆为 0 时，执行正常的借贷逻辑，把资金直接转给借贷人；当存在杠杆时，将杠杆记录在状态变量中，然后调用 doDeposit 函数将资金转移到某个固定的位置（防止用户直接取走）。
需要注意的是，borrowLeverageInternal 的实现除了上述对 leverage 的处理之外，和原版 Compound 并没有任何不同。也就是说，对于这一笔杠杆借贷，系统只会记录单倍杠杆的借贷额。也就是说，虽然用户用 100 美元抵押借出了 240 美元，但系统记录的用户借款仍然只有 80 美元。
doDeposit 函数的实现很简单，将资金转入 orderProxy 合约中。
callOrderProxyInternal 函数的实现也很简单，就是将用户指定的 order 发给 orderProxy 进行执行。
总结一下：用户可以进行抵押借贷。当使用抵押借贷时，资金不会转给用户，而是转给 Vee 控制的 orderProxy 合约，后者会执行一个用户指定的订单。
漏洞成因分析
我们回顾一下一个正常的杠杆交易订单是怎样操作的：
假设我们拥有 1 个 Ether，想用杠杆来增加获利，Vee 正好提供了杠杆交易的功能。
我们抵押了 1 个 Ether，根据超额抵押原则，能借出 0.5 个 Ether；再加上三倍杠杆，总共可以借出 1.5 个 Ether。
但此时项目方不能把这些 Ether 转给我们，因为我们不能保证能够还得上。因此 Vee 将这些借款锁在一个代理（Proxy）合约中，由代理合约代为交易。
假设我们看好 LINK 代币，想用杠杆放大获利。假设此时市场价 1 LINK = 0.01 Ether。
为了（从我们对市场的观点）中获益，我们现在将 1.5 个 Ether 换为 150 个 LINK （第一笔交换），并让 Vee 帮我创建一个限价单，当 1 LINK = 0.02 Ether 时将所有的 LINK 换回 Ether （第二笔交换）。
这些功能正是 Vee 相对 Compound 的创新。
假设我们是正确的，一段时间后 LINK 的价格上涨。此时我们在 Vee 中的限价单执行，150 个 LINK 换到 3 个 Ether。订单完成，我们获利 1.5Ether。
假设我们是错误的，一段时间后 LINK 的价格下跌，Vee 会持续监控流动性情况，当可能产生资不抵债时，Vee 会主动将限价单取消并将所有的 LINK 卖出以清算我们的所有账户。
这个逻辑的正常执行基于以下条件：Vee 在杠杆交易开始时，必须立刻检查第一笔交换的资金是否具有相同价值（在去除正常的滑点等因素之后），并持续监控用户的流动性，在流动性不足时及时清算。在上述第 4 步中，1.5 个 Ether 和 150 个 LINK 的价值是基本等价的。否则，假设 150 个 LINK 的价值只有 0.5Ether，相当于 Vee 用 1.5 个 Ether 换到了价值只有 0.5 个 Ether 的代币，会导致项目方严重亏损。
然而，我们在仔细分析了 Vee 项目的代码之后，发现整个发起杠杆交易的 borrowAndCall 调用并没有对第一笔交换的价值进行判断。同样以上面的例子为例，在调用 borrowAndCall 时，由于交易对不平衡等因素，1.5 个 Ether 只换回了 50 个 LINK （价值只有 0.5 个 Ether）。此时 Vee 项目方应该检查这笔交换的价值，判定该调用失败：因为兑换的两种代币价值不对等，此时用户已经处于亏空状态，项目方已经受损。遗憾的是，由于缺乏检查，此次调用成功执行，此时项目方已经处于无法挽回的亏损状态。
按道理来说，只要交易量足够大，不平衡的交易对会由于套利等因素逐渐平衡。对于正常的 Pangolin 交易池来说也是如此，小额交易只会产生少量滑点，因此代理合约使用用户的借出额进行交易，确实是将资金池内的某种代币换成了价值相等的另一种代币。
然而我们发现，作为 Vee 官方支持的 LINK 代币，在其依赖的 Pangolin 交易池中竟然没有交易对！ Pangolin 项目的代码和 Uniswap 基本一致，相同的代币对只能创建一个资金池，而攻击者利用的 ETH-LINK 资金池，正是由攻击者自行创建的。当然，即使攻击者没有创建恶意的不平衡交易对，也可以用 Flash Loan 的方式使交易对不平衡。
综上，可以推断出下面的攻击流程：
创造一个不平衡的交易对并在 Pangolin 上注册。举例来说，创造一个用 1 个 LINK 就可以换出 100 个 Ether 的交易对 P。
调用 borrowAndCall，加上杠杆，借出大量的 Ether。指定的订单内容是在交易对 P 上将 Ether 换成 LINK。
订单执行，交易对 P 中多了很多借出来的 Ether，还给 Vee 的代理合约的只是非常少量的 LINK。至此，攻击者成功地「套」出了 Vee 的 Ether。
在交易对 P 上进行交易，用少量 USDT 换出前一步中套出的 Ether，获得大量获利。
总结来说，对于杠杆交易的实现，项目方应当在杠杆交易的开始就检查第一笔交换的前后价值，如果严重不对等，此时用户的流动性已经出现亏空，则应该直接使调用失败，避免进一步的损失。
攻击交易分析
以下，我们将以攻击交易
0x4fb222908bd87cda0336776a6d78d35ef77b0a4bad866c4530b9f0d2616af005
为例介绍攻击的主要流程。如图所示（图中省略了一些影响不大的合约调用）。
图中步骤 1，攻击合约一先为攻击合约二往 VeeFinance 的 cToken 地址（合约名称为 CErc20Immutable）存入了约 0.96WETH，从而使得合约二可以进行抵押借贷（可以借出约 0.52WETH）及杠杆交易。
图中步骤 2，合约一通过创建合约二的方式绕过了 isContract() 对 msg.sender 的检查，并在 constructor() 函数中进行攻击调用。
图中步骤 3~5，合约二调用 CErc20Immutable 的 borrowAndCall() 函数，正如前面代码分析的，该函数在设置 leverage 倍数之后将进行杠杆交易，通过调用 VeeProxyController 去 Pangolin （类似于 UniswapV2）的池子中进行交易。注意，该池子是攻击者在攻击之前创建的交易对，所以池子的滑点受到攻击者的控制，导致 VeeFinance 的合约用加了杠杆后的约 1.55 个 WETH 只换回了约 0.27 个 LINK，造成了大量亏损。
图中步骤 6~8，合约二还上借贷，取出图中 1 的抵押物并 transfer 给合约一。前面代码分析中指出，虽然攻击者通过抵押杠杆进行了远超抵押额的亏本交易，但是系统记录的用户借款却仍然只有加了杠杆之前的借贷量。因此合约二仅需还上约 0.52 的 WETH，就能取出图中 1 存入的 0.96WETH。
图中步骤 9，合约一以少量（约 0.27 个） LINK 换出了约 1.55 个 WETH，从而获得了步骤 6~8 中 Vee 合约的亏损，从而攻击获利。
在我们分析的这笔交易中，攻击者这样的操作共进行了 5 次。而通过反复利用漏洞连续攻击，攻击者的最终获利颇为可观。
总结
针对 DeFi 项目的攻击已出现多次，不断地给项目方和投资者带来严重的损失。值得注意的是，本次攻击的原理与 2020 年初发生的 bZx 安全事件第一次攻击的原理非常相似。而相似的攻击不断重复表明，过往的经验和教训尚未得到应有的重视，DeFi 安全还有很长的路要走。
北京时间 2021 年 9 月 21 日，Avalanche 链上的借贷项目 Vee Finance 的合约遭受攻击，造成数千万美金的损失（8804.7ETH 和 213.93 BTC）。
通过对相关合约和攻击交易的分析，我们发现这是一起由于该项目提供的「杠杆借贷」功能不完善导致的价格操纵攻击（即 price manipulation attack，我们的 论文 对此做了系统的阐述）。以下我们将对合约漏洞和攻击流程进行完整的分析。
相关背景简介
Vee Finance 是基于 Compound 的一个借贷项目，在 Compound 的基础上做了一些优化和功能更新。而此次被攻击的函数正是在这些新功能的一部分。
首先需要知道的是，Compound 是一个借贷平台，通过超额抵押进行借贷。Vee 在此基础上提供了一个和攻击有关的新功能：杠杆借贷。
超额借贷的意义在于，抵押价值 100 美元的 Ether 可以借出 80 美元的 USDC，当借贷者无法偿还的时候可以没收抵押物以偿还债务，而只要市场波动在一定范围内，抵押品的总价值一定大于贷出的价值，这样就避免了现实世界中借贷需要依赖信誉这个问题。
但是这样显然不够「刺激」。Vee 提供的杠杆借贷原理很简单：使用者可以指定杠杆倍数，假如杠杆为 3，那么抵押价值 100 美元的 Ether 可以借出 80*3=240 美元的 USDC。
当然，Vee 不会让用户直接拿走这笔钱（这样贷出价值就大于抵押品价值，用户可以直接违约），而是允许用户做一笔交易。
这个逻辑在合约的 borrowAndCall 函数中实现：
函数实现首先调用 borrowLeverageInternal 函数进行杠杆借贷，杠杆比率由参数 leverage 指定。然后调用 callOrderProxyInternal 执行用户指定的交易（Order）。
下面首先来看 borrowLeverageInternal （内部会调用逻辑实现 borrowFresh）的实现。大部分代码与 Compound 相同，只有处理 leverage 的时候存在不同：
当用户指定的杠杆为 0 时，执行正常的借贷逻辑，把资金直接转给借贷人；当存在杠杆时，将杠杆记录在状态变量中，然后调用 doDeposit 函数将资金转移到某个固定的位置（防止用户直接取走）。
需要注意的是，borrowLeverageInternal 的实现除了上述对 leverage 的处理之外，和原版 Compound 并没有任何不同。也就是说，对于这一笔杠杆借贷，系统只会记录单倍杠杆的借贷额。也就是说，虽然用户用 100 美元抵押借出了 240 美元，但系统记录的用户借款仍然只有 80 美元。
doDeposit 函数的实现很简单，将资金转入 orderProxy 合约中。
callOrderProxyInternal 函数的实现也很简单，就是将用户指定的 order 发给 orderProxy 进行执行。
总结一下：用户可以进行抵押借贷。当使用抵押借贷时，资金不会转给用户，而是转给 Vee 控制的 orderProxy 合约，后者会执行一个用户指定的订单。
漏洞成因分析
我们回顾一下一个正常的杠杆交易订单是怎样操作的：
假设我们拥有 1 个 Ether，想用杠杆来增加获利，Vee 正好提供了杠杆交易的功能。
我们抵押了 1 个 Ether，根据超额抵押原则，能借出 0.5 个 Ether；再加上三倍杠杆，总共可以借出 1.5 个 Ether。
但此时项目方不能把这些 Ether 转给我们，因为我们不能保证能够还得上。因此 Vee 将这些借款锁在一个代理（Proxy）合约中，由代理合约代为交易。
假设我们看好 LINK 代币，想用杠杆放大获利。假设此时市场价 1 LINK = 0.01 Ether。
为了（从我们对市场的观点）中获益，我们现在将 1.5 个 Ether 换为 150 个 LINK （第一笔交换），并让 Vee 帮我创建一个限价单，当 1 LINK = 0.02 Ether 时将所有的 LINK 换回 Ether （第二笔交换）。
这些功能正是 Vee 相对 Compound 的创新。
假设我们是正确的，一段时间后 LINK 的价格上涨。此时我们在 Vee 中的限价单执行，150 个 LINK 换到 3 个 Ether。订单完成，我们获利 1.5Ether。
假设我们是错误的，一段时间后 LINK 的价格下跌，Vee 会持续监控流动性情况，当可能产生资不抵债时，Vee 会主动将限价单取消并将所有的 LINK 卖出以清算我们的所有账户。
这个逻辑的正常执行基于以下条件：Vee 在杠杆交易开始时，必须立刻检查第一笔交换的资金是否具有相同价值（在去除正常的滑点等因素之后），并持续监控用户的流动性，在流动性不足时及时清算。在上述第 4 步中，1.5 个 Ether 和 150 个 LINK 的价值是基本等价的。否则，假设 150 个 LINK 的价值只有 0.5Ether，相当于 Vee 用 1.5 个 Ether 换到了价值只有 0.5 个 Ether 的代币，会导致项目方严重亏损。
然而，我们在仔细分析了 Vee 项目的代码之后，发现整个发起杠杆交易的 borrowAndCall 调用并没有对第一笔交换的价值进行判断。同样以上面的例子为例，在调用 borrowAndCall 时，由于交易对不平衡等因素，1.5 个 Ether 只换回了 50 个 LINK （价值只有 0.5 个 Ether）。此时 Vee 项目方应该检查这笔交换的价值，判定该调用失败：因为兑换的两种代币价值不对等，此时用户已经处于亏空状态，项目方已经受损。遗憾的是，由于缺乏检查，此次调用成功执行，此时项目方已经处于无法挽回的亏损状态。
按道理来说，只要交易量足够大，不平衡的交易对会由于套利等因素逐渐平衡。对于正常的 Pangolin 交易池来说也是如此，小额交易只会产生少量滑点，因此代理合约使用用户的借出额进行交易，确实是将资金池内的某种代币换成了价值相等的另一种代币。
然而我们发现，作为 Vee 官方支持的 LINK 代币，在其依赖的 Pangolin 交易池中竟然没有交易对！ Pangolin 项目的代码和 Uniswap 基本一致，相同的代币对只能创建一个资金池，而攻击者利用的 ETH-LINK 资金池，正是由攻击者自行创建的。当然，即使攻击者没有创建恶意的不平衡交易对，也可以用 Flash Loan 的方式使交易对不平衡。
综上，可以推断出下面的攻击流程：
创造一个不平衡的交易对并在 Pangolin 上注册。举例来说，创造一个用 1 个 LINK 就可以换出 100 个 Ether 的交易对 P。
调用 borrowAndCall，加上杠杆，借出大量的 Ether。指定的订单内容是在交易对 P 上将 Ether 换成 LINK。
订单执行，交易对 P 中多了很多借出来的 Ether，还给 Vee 的代理合约的只是非常少量的 LINK。至此，攻击者成功地「套」出了 Vee 的 Ether。
在交易对 P 上进行交易，用少量 USDT 换出前一步中套出的 Ether，获得大量获利。
总结来说，对于杠杆交易的实现，项目方应当在杠杆交易的开始就检查第一笔交换的前后价值，如果严重不对等，此时用户的流动性已经出现亏空，则应该直接使调用失败，避免进一步的损失。
攻击交易分析
以下，我们将以攻击交易
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为例介绍攻击的主要流程。如图所示（图中省略了一些影响不大的合约调用）。
图中步骤 1，攻击合约一先为攻击合约二往 VeeFinance 的 cToken 地址（合约名称为 CErc20Immutable）存入了约 0.96WETH，从而使得合约二可以进行抵押借贷（可以借出约 0.52WETH）及杠杆交易。
图中步骤 2，合约一通过创建合约二的方式绕过了 isContract() 对 msg.sender 的检查，并在 constructor() 函数中进行攻击调用。
图中步骤 3~5，合约二调用 CErc20Immutable 的 borrowAndCall() 函数，正如前面代码分析的，该函数在设置 leverage 倍数之后将进行杠杆交易，通过调用 VeeProxyController 去 Pangolin （类似于 UniswapV2）的池子中进行交易。注意，该池子是攻击者在攻击之前创建的交易对，所以池子的滑点受到攻击者的控制，导致 VeeFinance 的合约用加了杠杆后的约 1.55 个 WETH 只换回了约 0.27 个 LINK，造成了大量亏损。
图中步骤 6~8，合约二还上借贷，取出图中 1 的抵押物并 transfer 给合约一。前面代码分析中指出，虽然攻击者通过抵押杠杆进行了远超抵押额的亏本交易，但是系统记录的用户借款却仍然只有加了杠杆之前的借贷量。因此合约二仅需还上约 0.52 的 WETH，就能取出图中 1 存入的 0.96WETH。
图中步骤 9，合约一以少量（约 0.27 个） LINK 换出了约 1.55 个 WETH，从而获得了步骤 6~8 中 Vee 合约的亏损，从而攻击获利。
在我们分析的这笔交易中，攻击者这样的操作共进行了 5 次。而通过反复利用漏洞连续攻击，攻击者的最终获利颇为可观。
总结
针对 DeFi 项目的攻击已出现多次，不断地给项目方和投资者带来严重的损失。值得注意的是，本次攻击的原理与 2020 年初发生的 bZx 安全事件第一次攻击的原理非常相似。而相似的攻击不断重复表明，过往的经验和教训尚未得到应有的重视，DeFi 安全还有很长的路要走。
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