Substrate Vulnerability Scanner

1. 目的

Substrate ランタイムモジュール (パレット) をシステマティックに走査し、ノードクラッシュ、DoS 攻撃、または不正アクセスを引き起こす可能性のあ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 Substrate/FRAME ベースのチェーンに固有の 7 つの重大な脆弱性パターンをエンコードしています。

2. このスキルを使用する時期

• カスタム Substrate パレットの監査
• FRAME ランタイムコードのレビュー
• Substrate チェーン (Polkadot パラチェーン、スタンドアロンチェーン) のローンチ前セキュリティ評価
• ディスパッチ可能な extrinsic 関数の検証
• 重み計算関数のレビュー
• 署名なしトランザクション検証ロジックの評価

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

• Rust ファイル: .rs

言語/フレームワークマーカー

// Substrate/FRAME インジケータ
#[pallet]
pub mod pallet {
    use frame_support::pallet_prelude::*;
    use frame_system::pallet_prelude::*;

    #[pallet::config]
    pub trait Config: frame_system::Config { }

    #[pallet::call]
    impl<T: Config> Pallet<T> {
        #[pallet::weight(10_000)]
        pub fn example_function(origin: OriginFor<T>) -> DispatchResult { }
    }
}

// 一般的なパターン
DispatchResult, DispatchError
ensure!, ensure_signed, ensure_root
StorageValue, StorageMap, StorageDoubleMap
#[pallet::storage]
#[pallet::call]
#[pallet::weight]
#[pallet::validate_unsigned]

プロジェクト構成

• pallets/*/lib.rs - パレット実装
• runtime/lib.rs - ランタイム設定
• benchmarking.rs - 重みベンチマーク
• frame-* 依存関係を持つ Cargo.toml

ツールサポート

• cargo-fuzz: Rust のファジテスト
• test-fuzz: プロパティベーステストフレームワーク
• benchmarking framework: 組み込み重み計算
• try-runtime: ランタイム移行テスト

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4. このスキルの動作方法

呼び出されると、以下を実行します:

1. コードベースをスキャン して Substrate パレットを検索
2. 各パレットを分析 して 7 つの脆弱性パターンを検出
3. 調査結果をレポート ファイル参照と重大度付きで
4. 各問題の修正案を提供
5. 重み計算と origin 検証をチェック

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5. 脆弱性パターン (7 つの重大パターン)

Substrate/FRAME に固有の 7 つの重大な脆弱性パターンをチェックします。詳細な検出パターン、コード例、軽減策、テスト戦略については VULNERABILITY_PATTERNS.md を参照してください。

パターン概要:

1. 算術オーバーフロー ⚠️ CRITICAL

   • 直接的な +, -, *, / 演算子はリリースモードでラップする
   • checked_* または saturating_* メソッドを使用する必要があります
   • 残高/トークン計算、報酬/手数料計算に影響

2. パニック禁止 ⚠️ CRITICAL - DoS

   • パニックによってノードはブロック処理を停止
   • unwrap()、expect()、境界チェックなしの配列インデックスはなし
   • すべてのユーザー入力は ensure! で検証する必要があります

3. 重みと手数料 ⚠️ CRITICAL - DoS

   • 不正な重みはスパム攻撃を可能にします
   • 可変コスト操作の固定重みで DoS を可能にします
   • ベンチマークフレームワークを使用し、すべての入力パラメータを制限する必要があります

4. 最初に検証、最後に書き込み ⚠️ HIGH (Pre-v0.9.25)

   • v0.9.25 以前では、検証前のストレージ書き込みはエラー時に永続化されます
   • パターン: 検証 → 書き込み → イベント発行
   • v0.9.25 以降にアップグレードするか、手動で #[transactional] を使用

5. 署名なしトランザクション検証 ⚠️ HIGH

   • 不十分な検証はスパム/リプレイ攻撃を可能にします
   • 署名付きトランザクションを推奨
   • 署名なしの場合: パラメータ検証、リプレイ保護、ソース認証

6. 不正なランダムネス ⚠️ MEDIUM

   • pallet_randomness_collective_flip は共謀に脆弱
   • BABE ランダムネス (pallet_babe::RandomnessFromOneEpochAgo) を使用する必要があります
   • random_seed() ではなく random(subject) を使用

7. 悪い Origin ⚠️ CRITICAL

   • ensure_signed は特権操作のためにあらゆるユーザーを許可
   • ensure_root またはカスタム origin (ForceOrigin, AdminOrigin) を使用する必要があります
   • Origin タイプはランタイムで適切に設定する必要があります

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。

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6. スキャンワークフロー

ステップ 1: プラットフォーム識別

1. Substrate/FRAME フレームワークの使用を確認
2. Substrate バージョンを確認 (v0.9.25+ はトランザクショナルストレージを持つ)
3. パレット実装を特定 (pallets/*/lib.rs)
4. ランタイム設定を特定 (runtime/lib.rs)

ステップ 2: ディスパッチ可能分析

各 #[pallet::call] 関数について:

• 算術: checked/saturating 操作を使用?
• パニック: unwrap/expect/インデックスなし?
• 重み: コストに比例、入力制限?
• Origin: 適切な検証レベル?
• 検証: ストレージ書き込み前のすべてのチェック?

ステップ 3: パニックスイープ

# パニック傾向のあるパターンを検索
rg "unwrap\(\)" pallets/
rg "expect\(" pallets/
rg "\[.*\]" pallets/  # 配列インデックス
rg " as u\d+" pallets/  # 型キャスト
rg "\.unwrap_or" pallets/

ステップ 4: 算術安全性チェック

# 直接演算を検索
rg " \+ |\+=| - |-=| \* |\*=| / |/=" pallets/

# 代わりに checked/saturating の代替を検索
rg "checked_add|checked_sub|checked_mul|checked_div" pallets/
rg "saturating_add|saturating_sub|saturating_mul" pallets/

ステップ 5: 重み分析

• ベンチマークを実行: cargo test --features runtime-benchmarks
• 重みが計算コストと一致することを確認
• 入力パラメータの制限を確認
• 重み計算関数を確認

ステップ 6: Origin と特権レビュー

# 特権操作を検索
rg "ensure_signed" pallets/ | grep -E "pause|emergency|admin|force|sudo"

# ensure_root またはカスタム origin を使用する必要があります
rg "ensure_root|ForceOrigin|AdminOrigin" pallets/

ステップ 7: テストレビュー

• すべてのディスパッチ可能のユニットテスト
• パニック条件のファジテスト
• 重み計算のベンチマーク
• マイグレーションの try-runtime テスト

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7. 優先度ガイドライン

Critical (即座に修正が必要)

• 算術オーバーフロー (トークン作成、残高操作)
• パニック DoS (ノードクラッシュリスク)
• 悪い origin (不正な特権操作)

High (ローンチ前に修正)

• 不正な重み (スパムによる DoS)
• Verify-first 違反 (状態破損、pre-v0.9.25)
• 署名なし検証問題 (スパム、リプレイ攻撃)

Medium (監査で対応)

• 悪いランダムネス (操作可能だが影響限定)

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8. テスト推奨事項

ファジテスト

// プロパティベーステストに test-fuzz を使用
#[cfg(test)]
mod tests {
    use test_fuzz::test_fuzz;

    #[test_fuzz]
    fn fuzz_transfer(from: AccountId, to: AccountId, amount: u128) {
        // パニックしてはいけません
        let _ = Pallet::transfer(from, to, amount);
    }

    #[test_fuzz]
    fn fuzz_no_panics(call: Call) {
        // ディスパッチ可能はパニックしてはいけません
        let _ = call.dispatch(origin);
    }
}

ベンチマーク

# ベンチマークを実行して重みを生成
cargo build --release --features runtime-benchmarks
./target/release/node benchmark pallet \
    --chain dev \
    --pallet pallet_example \
    --extrinsic "*" \
    --steps 50 \
    --repeat 20

try-runtime

# ランタイムアップグレードをテスト
cargo build --release --features try-runtime
try-runtime --runtime ./target/release/wbuild/runtime.wasm \
    on-runtime-upgrade live --uri wss://rpc.polkadot.io

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9. 追加リソース

• Building Secure Contracts: building-secure-contracts/not-so-smart-contracts/substrate/
• Substrate Documentation: https://docs.substrate.io/
• FRAME Documentation: https://paritytech.github.io/substrate/master/frame_support/
• test-fuzz: https://github.com/trailofbits/test-fuzz
• Substrate StackExchange: https://substrate.stackexchange.com/

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10. クイックリファレンスチェックリスト

Substrate パレット監査完了前:

算術安全性 (CRITICAL):

• ディスパッチ可能で直接的な +, -, *, / 演算子なし
• すべての算術は checked_* または saturating_* を使用
• 型変換はエラーハンドリング付きで try_into() を使用

パニック防止 (CRITICAL):

• ディスパッチ可能で unwrap() または expect() なし
• 境界チェックなしの直接的な配列/スライスインデックスなし
• すべてのユーザー入力を ensure! で検証
• ゼロ除算チェック付きの除算操作

重みと DoS (CRITICAL):

• 重みは計算コストに比例
• 入力パラメータに最大制限あり
• ベンチマークを使用して重みを決定
• 無料 (ゼロ重み) の高コスト操作なし

アクセス制御 (CRITICAL):

• 特権操作は ensure_root またはカスタム origin を使用
• ensure_signed はユーザーレベルの操作のみ
• Origin タイプはランタイムで適切に設定
• Sudo パレットは本番前に削除

ストレージ安全性 (HIGH):

• Substrate v0.9.25+ を使用 OR 手動 #[transactional]
• ストレージ書き込み前の検証
• 成功した操作後のイベント発行

その他 (MEDIUM):

• 署名なしトランザクションは可能であれば署名付き代替を使用
• 署名なしの場合: 適切な検証、リプレイ保護、認証
• BABE ランダムネス使用 (RandomnessCollectiveFlip ではなく)
• ランダムネスは random_seed() ではなく random(subject) を使用

テスト:

• すべてのディスパッチ可能のユニットテスト
• パニックを見つけるファジテスト
• 生成および検証されたベンチマーク
• マイグレーションの try-runtime テスト