Cairo/StarkNet 脆弱性スキャナー

1. 目的

StarkNet 上の Cairo スマートコントラクトをシステマティックにスキャンして、算術、クロスレイヤーメッセージング、暗号操作に関連するプラットフォーム固有のセキュリティ脆弱性を検出します。このスキルは Cairo/StarkNet エコシステムに固有の 6 つの重大な脆弱性パターンを検出します。

2. このスキルを使用する場面

• StarkNet スマートコントラクト (Cairo) を監査する場合
• L1-L2 ブリッジ実装をレビューする場合
• StarkNet アプリケーション起動前のセキュリティ評価
• クロスレイヤーメッセージハンドリングを検証する場合
• 署名検証ロジックをレビューする場合
• L1 ハンドラー関数を評価する場合

3. プラットフォーム検出

ファイル拡張子とインジケーター

• Cairo ファイル: .cairo

言語/フレームワークマーカー

// Cairo コントラクトインジケーター
#[contract]
mod MyContract {
    use starknet::ContractAddress;

    #[storage]
    struct Storage {
        balance: LegacyMap<ContractAddress, felt252>,
    }

    #[external(v0)]
    fn transfer(ref self: ContractState, to: ContractAddress, amount: felt252) {
        // Contract logic
    }

    #[l1_handler]
    fn handle_deposit(ref self: ContractState, from_address: felt252, amount: u256) {
        // L1 message handler
    }
}

// 一般的なパターン
felt252, u128, u256
ContractAddress, EthAddress
#[external(v0)], #[l1_handler], #[constructor]
get_caller_address(), get_contract_address()
send_message_to_l1_syscall

プロジェクト構成

• src/contract.cairo - メインコントラクト実装
• src/lib.cairo - ライブラリモジュール
• tests/ - コントラクトテスト
• Scarb.toml - Cairo プロジェクト設定

ツールサポート

• Caracal: Trail of Bits 製 Cairo 静的解析ツール
• インストール: pip install caracal
• 使用方法: caracal detect src/
• cairo-test: ビルトインテストフレームワーク
• Starknet Foundry: テストと開発ツールキット

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4. このスキルの仕組み

呼び出されると、以下の処理を実行します:

1. コードベースをスキャン して Cairo ファイルを検索
2. 各コントラクトを分析 して 6 つの脆弱性パターンをチェック
3. ファイル参照と深刻度とともに結果を報告
4. 特定された各問題の修正案を提供
5. L1-L2 インタラクションをチェック してメッセージング脆弱性を検出

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5. 出力例

脆弱性が見つかった場合、次のようなレポートが得られます:

=== CAIRO/STARKNET VULNERABILITY SCAN RESULTS ===

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6. 脆弱性パターン (6 パターン)

Cairo/Starknet に固有の 6 つの重大な脆弱性パターンをチェックします。検出パターン、コード例、軽減策、テスト戦略の詳細については、VULNERABILITY_PATTERNS.md を参照してください。

パターン概要:

1. チェックされない算術演算 ⚠️ 重大 - felt252 の整数オーバーフロー/アンダーフロー
2. ストレージ衝突 ⚠️ 重大 - ストレージ変数ハッシュの競合
3. アクセス制御の欠落 ⚠️ 重大 - 機密関数での呼び出し元検証がない
4. 不適切な Felt252 境界検証 ⚠️ 高 - felt252 範囲を検証していない
5. 検証されていないコントラクトアドレス ⚠️ 高 - 信頼できないコントラクトアドレスを使用
6. 呼び出し元検証の欠落 ⚠️ 重大 - get_caller_address() チェックがない

完全な脆弱性パターン、コード例については VULNERABILITY_PATTERNS.md を参照してください。

7. スキャン手順

ステップ 1: プラットフォーム識別

1. Cairo 言語と StarkNet フレームワークを検証
2. Cairo バージョンを確認 (Cairo 1.0+ vs レガシー Cairo 0)
3. コントラクトファイルを特定 (src/*.cairo)
4. L1-L2 ブリッジコントラクトを識別 (該当する場合)

ステップ 2: 算術安全スイープ

# felt252 の算術使用を検索
rg "felt252" src/ | rg "[-+*/]"

# balance/amount ストレージで felt252 を使用している箇所を検索
rg "felt252" src/ | rg "balance|amount|total|supply"

# u128, u256 を推奨

ステップ 3: L1 ハンドラー分析

各 #[l1_handler] 関数について:

• from_address パラメーターを検証
• アドレス != ゼロをチェック
• 適切なアクセス制御がある
• 監視用のイベントを出力

ステップ 4: 署名検証レビュー

署名ベースの関数について:

• ノンス追跡を含む
• 使用後にノンスがインクリメント
• ドメインセパレーターにチェーン ID とコントラクトアドレスを含む
• 署名をリプレイできない

ステップ 5: L1-L2 ブリッジ監査

コントラクトがブリッジ機能を含む場合:

• L1 がアドレス < STARKNET_FIELD_PRIME を検証
• L1 がメッセージキャンセルを実装
• L2 がハンドラーで from_address を検証
• 対称的なアクセス制御 L1 ↔ L2
• 完全なラウンドトリップフローをテスト

ステップ 6: Caracal による静的解析

# Caracal デテクターを実行
caracal detect src/

# 特定のデテクター
caracal detect src/ --detectors unchecked-felt252-arithmetic
caracal detect src/ --detectors unchecked-l1-handler-from
caracal detect src/ --detectors missing-nonce-validation

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8. レポート形式

結果テンプレート

## [CRITICAL] L1 ハンドラーでの from_address 未検証

**場所**: `src/bridge.cairo:145-155` (handle_deposit 関数)

**説明**:
`handle_deposit` L1 ハンドラー関数は `from_address` パラメーターを検証しません。任意の L1 コントラクトがこの関数にメッセージを送信でき、意図した L1 ブリッジアクセス制御を回避して任意のユーザーのためにトークンをミントできます。

**脆弱性コード**:
```rust
// bridge.cairo, line 145
#[l1_handler]
fn handle_deposit(
    ref self: ContractState,
    from_address: felt252,  // 検証されていない!
    user: ContractAddress,
    amount: u256
) {
    let current_balance = self.balances.read(user);
    self.balances.write(user, current_balance + amount);
}

攻撃シナリオ:

1. 攻撃者が悪意のある L1 コントラクトをデプロイ
2. 悪意のあるコントラクトが starknetCore.sendMessageToL2(l2Contract, selector, [attacker_address, 1000000]) を呼び出し
3. L2 ハンドラーが送信者をチェックせずにメッセージを処理
4. 攻撃者が資金をデポジットしないで 1,000,000 トークンを受け取る
5. プロトコルが無限ミント脆弱性に遭遇

推奨: from_address を認可された L1 ブリッジに対して検証:

#[l1_handler]
fn handle_deposit(
    ref self: ContractState,
    from_address: felt252,
    user: ContractAddress,
    amount: u256
) {
    // L1 送信者を検証
    let authorized_l1_bridge = self.l1_bridge_address.read();
    assert(from_address == authorized_l1_bridge, 'Unauthorized L1 sender');

    let current_balance = self.balances.read(user);
    self.balances.write(user, current_balance + amount);
}

参考資料:

• building-secure-contracts/not-so-smart-contracts/cairo/unchecked_l1_handler_from
• Caracal デテクター: unchecked-l1-handler-from

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## 9. 優先度ガイドライン

### 重大 (即座の修正が必要)
- L1 ハンドラーで from_address が未検証 (無限ミント)
- L1-L2 アドレス変換の問題 (ゼロアドレスへの送金)

### 高 (デプロイ前に修正)
- Felt252 算術オーバーフロー/アンダーフロー (残高操作)
- 署名リプレイ保護の欠落 (リプレイ攻撃)
- L1-L2 メッセージ失敗でキャンセルなし (資金のロック)

### 中 (監査で対応)
- L1-L2 インタラクションの過度な制約 (資金が閉じ込められる)

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## 10. テスト推奨事項

### ユニットテスト
```rust
#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;

    #[test]
    fn test_felt252_overflow() {
        // 算術エッジケースをテスト
    }

    #[test]
    #[should_panic]
    fn test_unauthorized_l1_handler() {
        // 間違った from_address は失敗する必要がある
    }

    #[test]
    fn test_signature_replay_protection() {
        // 同じ署名を 2 回使用すると失敗する必要がある
    }
}

統合テスト (L1 を含む)

// L1-L2 完全フローをテスト
#[test]
fn test_deposit_withdraw_roundtrip() {
    // 1. L1 でデポジット
    // 2. L2 処理を待つ
    // 3. L2 残高を検証
    // 4. L1 に引き出す
    // 5. L1 残高が復元されたことを検証
}

Caracal CI インテグレーション

# .github/workflows/security.yml
- name: Run Caracal
  run: |
    pip install caracal
    caracal detect src/ --fail-on high,critical

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11. 追加リソース

• Building Secure Contracts: building-secure-contracts/not-so-smart-contracts/cairo/
• Caracal: https://github.com/crytic/caracal
• Cairo ドキュメント: https://book.cairo-lang.org/
• StarkNet ドキュメント: https://docs.starknet.io/
• OpenZeppelin Cairo Contracts: https://github.com/OpenZeppelin/cairo-contracts

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12. クイックリファレンスチェックリスト

Cairo/StarkNet 監査を完了する前に:

算術安全性 (高):

• balance/amount に felt252 を使用していない (u128/u256 を使用)
• OR felt252 算術に明示的な境界チェックがある
• オーバーフロー/アンダーフロー シナリオがテストされている

L1 ハンドラーセキュリティ (重大):

• すべての #[l1_handler] 関数が from_address を検証
• from_address が格納された L1 コントラクトアドレスと比較
• 代替 L1 コントラクトをデプロイしてバイパスできない

L1-L2 メッセージング (高):

• L1 ブリッジがアドレス < STARKNET_FIELD_PRIME を検証
• L1 ブリッジがメッセージキャンセルを実装
• L2 ハンドラーが from_address をチェック
• 対称的な検証ルール L1 ↔ L2
• 完全なラウンドトリップフローがテストされている

署名セキュリティ (高):

• 署名にノンス追跡が含まれている
• 各使用後にノンスがインクリメント
• ドメインセパレーターにチェーン ID とコントラクトアドレスを含む
• 署名リプレイがテストされ、防止されている
• クロスチェーン リプレイが防止されている

ツール使用:

• Caracal スキャンが完了し、重大な結果がない
• ユニットテストがすべての脆弱性シナリオをカバー
• 統合テストが L1-L2 フローを検証
• メインネット前にテストネットデプロイを実施