《纸上谈兵·solidity》第 5 课：依赖与外部调用 —— 合约交互的风险与防护

原创

孟斯特

发布于 2025-08-01 11:43:30

2002

文章被收录于专栏：EthereumEthereum

在现实应用中，Solidity 合约往往不是孤岛。我们需要调用其他合约的函数，获取信息或发起操作。这种合约间交互会引入新的风险点。本课将系统讲解如何调用外部合约，以及如何防御典型攻击如重入攻击。

一、外部调用的三种方式

1. 通过接口类型调用（推荐）

最常见、最安全的调用方式。编译期校验、类型安全。

interface ICounter {
    function increment() external;
}

function callOther(address counter) external {
    ICounter(counter).increment();
}

类型安全
编译期可校验
更省 Gas，调试友好

2. 使用低级 `.call` 方法

适用于 ABI 不确定的目标合约，但风险更高，不推荐常用。

(bool success, bytes memory data) = counter.call(
    abi.encodeWithSignature("increment()")
);
require(success, "Call failed");

任意函数调用，但不安全
不会报错即使函数不存在
返回值需要手动解析

3. `delegatecall` 和 `staticcall`

delegatecall 使用当前合约的存储，常用于库合约调用
staticcall 是只读调用，无法修改状态

(bool success, ) = lib.delegatecall(abi.encodeWithSignature("doSomething()"));

二、外部调用的典型风险

风险类型	描述
重入攻击 Reentrancy	外部合约在 `call` 过程中回调你本合约的函数造成状态被篡改
状态未及时更新	若先调用外部合约、再更新状态，可能导致逻辑被重复利用
Gas 限制与失败	被调用者消耗过多 gas 导致交易失败
`.call` 返回值伪造	`.call` 即使失败也可能返回 `success = true`，掩盖真实失败

三、安全编程模式

Checks-Effects-Interactions 模式

先检查、再更新状态、最后外部调用，避免重入风险：

function withdraw() external {
    uint amount = balances[msg.sender];
    require(amount > 0, "Zero balance");

    balances[msg.sender] = 0;

    (bool success, ) = msg.sender.call{value: amount}("");
    require(success, "Transfer failed");
}

使用 `ReentrancyGuard`

import "@openzeppelin/contracts/security/ReentrancyGuard.sol";

contract Vault is ReentrancyGuard {
    function withdraw() external nonReentrant {
        // 内部状态更新
    }
}

限制外部调用方式

禁用 fallback 接收复杂逻辑
限制 .call 传入地址或函数签名的来源
接口优先，避免裸调用

四、实战演练

还是以 Counter.sol 合约为例，我们设计以下结构：

Counter.sol：被调用合约，提供 increment 方法。
Caller.sol：发起调用者，分别以接口和低级 .call 调用 Counter。
Interaction.t.sol：测试合约，验证两种调用方式。
（进阶）攻击合约 Malicious.sol：用于模拟重入攻击。

1. 初始化项目

$ forge init counter
$ cd counter

2. 编写合约

src/Counter.sol：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Counter {
    uint256 public count;

    event Incremented(uint256 newValue);

    function increment() external {
        count++;
        emit Incremented(count);
    }
}

src/Caller.sol：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

interface ICounter {
    function increment() external;
}

contract Caller {
    // 安全方式：通过接口调用
    function callSafe(address counter) public {
        ICounter(counter).increment();
    }

    // 不安全方式：低级调用
    function callUnsafe(address counter) public {
        (bool success, ) = counter.call(
            abi.encodeWithSignature("increment()")
        );
        require(success, "Low-level call failed");
    }
}

3. 编写测试用例

test/Interaction.t.sol：

// SPDX-License-Identifier: UNLICENSED
pragma solidity ^0.8.0;

import "forge-std/Test.sol";
import "../src/Counter.sol";
import "../src/Caller.sol";

contract InteractionTest is Test {
    Counter counter;
    Caller caller;

    function setUp() public {
        counter = new Counter();
        caller = new Caller();
    }

    function testCallSafe() public {
        caller.callSafe(address(counter));
        assertEq(counter.count(), 1);
    }

    function testCallUnsafe() public {
        caller.callUnsafe(address(counter));
        assertEq(counter.count(), 1);
    }

    function testCallInvalidSignature() public {
        // 模拟 .call 调用不存在函数
        (bool success, ) = address(counter).call(
            abi.encodeWithSignature("nonexistent()")
        );
        assertFalse(success, "Call to nonexistent should fail");
    }
}

执行测试：

$ forge test -vv

4. 模拟重入攻击

我们扩展场景，设计一个提款合约与攻击合约，演示如何在未做防御的情况下被重入。

src/Vault.sol：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Vault {
    mapping(address => uint256) public balances;

    function deposit() public payable {
        balances[msg.sender] += msg.value;
    }

    function withdraw() public {
        uint256 amount = balances[msg.sender];
        require(amount > 0, "Zero balance");

        // ❌ 状态修改放后，导致可重入
        (bool success, ) = msg.sender.call{value: amount}("");
        require(success, "Transfer failed");

        balances[msg.sender] = 0;
    }

    receive() external payable {}
}

src/Malicious.sol：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

interface IVault {
    function deposit() external payable;
    function withdraw() external;
}

contract Malicious {
    IVault public vault;
    uint256 public reentryCount;

    constructor(address _vault) {
        vault = IVault(_vault);
    }

    function attack() external payable {
        vault.deposit{value: msg.value}();
        vault.withdraw();
    }

    receive() external payable {
        reentryCount++;
        if (reentryCount < 3) {
            vault.withdraw();
        }
    }
}

重入攻击测试：test/Reentrancy.t.sol:

// SPDX-License-Identifier: UNLICENSED
pragma solidity ^0.8.0;

import "forge-std/Test.sol";
import "../src/Vault.sol";
import "../src/Malicious.sol";

contract ReentrancyTest is Test {
    Vault public vault;
    Malicious public attacker;

    function setUp() public {
        vault = new Vault();
        attacker = new Malicious(address(vault));

        // 先给 Vault 存 1 ether
        vm.deal(address(this), 2 ether);
        vault.deposit{value: 1 ether}();

        // 给 attacker 合约 1 ether
        vm.deal(address(attacker), 1 ether);
    }

    function testAttack() public {
        vm.startPrank(address(attacker));
        attacker.attack{value: 1 ether}();
        vm.stopPrank();

        assertEq(address(vault).balance, 0, "Vault should be drained");
        assertGt(address(attacker).balance, 1 ether, "Attacker profit expected");
    }
}

执行结果：

$ forge test --match-path test/Reentrancy.t.sol -vvv
[⠊] Compiling...
No files changed, compilation skipped

Ran 1 test for test/Reentrancy.t.sol:ReentrancyTest
[FAIL: Transfer failed] testAttack() (gas: 97251)
Traces:
  [97251] ReentrancyTest::testAttack()
    ├─ [0] VM::startPrank(Malicious: [0x2e234DAe75C793f67A35089C9d99245E1C58470b])
    │   └─ ← [Return]
    ├─ [82170] Malicious::attack{value: 1000000000000000000}()
    │   ├─ [22537] Vault::deposit{value: 1000000000000000000}()
    │   │   └─ ← [Stop]
    │   ├─ [47366] Vault::withdraw()
    │   │   ├─ [39527] Malicious::receive{value: 1000000000000000000}()
    │   │   │   ├─ [16606] Vault::withdraw()
    │   │   │   │   ├─ [8767] Malicious::receive{value: 1000000000000000000}()
    │   │   │   │   │   ├─ [7746] Vault::withdraw()
    │   │   │   │   │   │   ├─ [0] Malicious::receive{value: 1000000000000000000}()
    │   │   │   │   │   │   │   └─ ← [OutOfFunds] EvmError: OutOfFunds
    │   │   │   │   │   │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    │   │   │   │   │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    │   │   │   │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    │   │   │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    │   │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    │   └─ ← [Revert] Transfer failed
    └─ ← [Revert] Transfer failed

Suite result: FAILED. 0 passed; 1 failed; 0 skipped; finished in 5.19ms (353.92µs CPU time)

Ran 1 test suite in 189.23ms (5.19ms CPU time): 0 tests passed, 1 failed, 0 skipped (1 total tests)

Failing tests:
Encountered 1 failing test in test/Reentrancy.t.sol:ReentrancyTest
[FAIL: Transfer failed] testAttack() (gas: 97251)

Encountered a total of 1 failing tests, 0 tests succeeded

上面的测试结果正是我们期望的「重入攻击成功触发并导致合约资金耗尽」场景，这是这类漏洞利用中的关键现象 —— 但我们的测试 case 失败的原因，是预期的 Transfer 成功变为了失败。这其实是由于 Vault 中资金已经被反复提取后，触发了 call 转账失败导致的 revert。

5. 使用 ReentrancyGuard 防止重入

src/VaultSafe.sol:

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

import "@openzeppelin/contracts/utils/ReentrancyGuard.sol";

contract Vault is ReentrancyGuard {
    mapping(address => uint256) public balances;

    function deposit() public payable {
        balances[msg.sender] += msg.value;
    }

    function withdraw() public nonReentrant {
        uint256 amount = balances[msg.sender];
        require(amount > 0, "Zero balance");

        balances[msg.sender] = 0; // ✅ 状态更新在前

        (bool success, ) = msg.sender.call{value: amount}("");
        require(success, "Transfer failed");
    }

    receive() external payable {}
}

# 安装依赖包
$ forge install openzeppelin/openzeppelin-contracts

五、小结：合约调用策略对比

调用方式	安全性	优点	风险
接口调用	✅ 高	编译期校验，gas 低	必须明确目标 ABI
`.call` 调用	⚠️ 中	动态适配任意合约	可绕过类型检查，误判成功
delegatecall	⚠️ 中	插件式、存储复用	容易破坏 storage layout
ReentrancyGuard	✅ 高	防重入，简单实用	引入依赖库

下一课预告

📘 第 6 课：Solidity 数据结构与存储布局

memory、storage、calldata 傻傻分不清？下一课将全面解析存储语义与成本差异。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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