4조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 이더리움 스마트 컨트랙트 개발 툴킷

영문 : ethereum smart contract development toolkit

과제 팀명

4조

지도교수

김성환 교수님

개발기간

2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 조경학과 2013875019 이상엽(팀장)

서울시립대학교 조경학과 2013875008 김현진

서울시립대학교 컴퓨터과학부 2014920012 노일호

서울시립대학교 컴퓨터과학부 2014920059 최치원

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 배포된 스마트 컨트랙트의 변수들의 인덱스와 값을 찾아 보여주는 모듈인 Show-State 모듈 구현 - 스마트 컨트랙트 변수들의 선언 순서에 따른 index 배정 규칙에 대해 연구한다. - 스마트 컨트랙트 변수들이 이더리움 storage에 저장되는 물리적 위치에 대해 연구한다. - Solidity 컴파일러인 sol c를 활용해 Solidity코드의 AST를 추출한 후 AST로부터 각 변수들의 index 위치를 계산한다.

◇ 솔리디티 스마트 컨트랙트를 위한 디버깅 툴 개발 - 이더리움 솔리디티 스마트 컨트랙트 변수의 index를 구하는 라이브러리 개발을 수행한다. - Indexing 기능을 활용해 이더리움 스마트 컨트랙트의 변수를 추적하는 debugging tool 개발함으로서 더 나은 스마트 컨트랙트 디버깅 환 경을 제공한다. - 제작한 디버거를 오픈소스 스마트 컨트랙트 개발 프레임웍인 vvsip에 integration함으로서 사용성을 높힌다.

◇ VVISP프로그램에 CI/CD툴 추가 - 보안 분석을 담당하는 Mythril패키지를 통합할 수 있도록 한다. - 코드 테스트, 코드 커버리지, 보안 분석, 배포 절차 자동화 시스템을 구축할 수 있도록 한다.

개발 과제의 배경

기존에는 이더리움 스마트 컨트랙트 변수에 대해서, 변수가 저장되는 스토리지 위치인 index를 구하는 라이브러리가 존재하지 않았다. 또한 기존의 솔리디티 스마트 컨트랙트 디버거들은 OP코드 단위로만 실행이 가능한 등 사용성이 떨어졌다. 이를 해결 하기 위해 이더 리움 솔리디티 스마트 컨트랙트 변수의 index를 구하는 라이브러리를 개발하고, 이를 활용해 스마트 컨트랙트 디버거를 개발한다. 이를 통해 더 나은 스마트 컨트랙트 디버깅 환경을 제공하고, 보다 쉽고 편리하게 DApp을 만들 수 있는 환경을 제공한다. 이러한 기능들을 VVISP에 통합한 후 CI/CD 기능도 제공할 수 있도록 하여 기존의 Truffle이나 Remix보다 개발자들이 사용하기 쉽고 편리한 프로그램을 만들 수 있도록 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 배포된 스마트 컨트랙트의 Indexing - solidity 컴파일러인 solc를 통해 나오는 중간 산출물인 ast를 파싱함으로써 변수들의 이름과 타입을 획득 - 위에서 획득한 타입에 따른 인덱싱 배정 규칙에 따라 인덱스 계산

◇ 이더리움 스마트 컨트랙트 debugging tool 개발 - 개발한 Indexing 라이브러리를 활용해 이더리움 스마트 컨트랙트의 변수를 추적가능한 디버거를 개 발한다. - 개발한 디버거를 최종적으로 VVISP에 Integration할 수 있도록 한다.

◇ VVISP에 CI/CD 기능 추가 - CI/CD 기능 추가를 통해 개발한 코드의 검증, 빌드, 배포를 자동화 함으로써 스마트 컨트랙트 개발시간을 단축할 수 있도록 한다.

개발 일정

시스템 개발 계획 수립 : 3~4월 시스템 요구사항 분석 : 4월 상세 설계 팀원 전체 : 4월~5월 구현 및 테스트 팀원 전체 : 5월~6월

구성원 및 추진체계

◇ 요구분석 및 기초 설계까지는 모든 팀원이 함께 진행한다. ◇ 각 팀원 별 담당 업무

노일호

스마트 컨트랙트 코드 실행가능한 local evm 구축 이더리움 스마트 컨트랙트 debugging 기능 개발 오픈소스를 활용하여 vvisp의 CI/CD 기능 추가

최치원

solc 컴파일러 및 EVM 가상머신의 동작에 대한 연구 이더리움 스마트 컨트랙트 debugging 기능 개발

김현진

스마트 컨트랙트 변수들의 선언 순서에 따른 index 배정 규칙 연구 배포된 스마트 컨트랙트의 변수들의 인덱스와 값을 찾는 기능의 모듈인 show-state 구현 오픈소스를 활용하여 vvisp의 CI/CD 기능 추가

이상엽

스마트 컨트랙트 변수들이 이더리움 storage에 저장되는 물리적 위치에 대한 연구 배포된 스마트 컨트랙트의 변수들의 인덱스와 값을 찾는 기능의 모듈인 show-state 구현

설계

설계사양

제품의 요구사항

1. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드 변수들의 Index를 계산 및 시각화

2. 이더리움 블록체인 상에 배포된 Solidity 소스코드 변수들의 Index를 계산 및 시각화

3. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드를 컴파일 및 로컬 EVM 상에서 실행

4. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드에 대한 Breaking Point 기능

5. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드에 대한 Step Into 기능

6. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드 변수들의 값을 동적으로 추적하는 기능

7. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드의 Security Analysis

8. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드의 Code Coverage

9. 사용자가 작성한 Solidity 소스코드의 컴파일 및 배포 자동화

10. VVISP과의 integration

설계 사양

◇ 기능

- 기업에서 요구하는 모든 기능을 적절히 갖추어야 한다.

- CI/CD 기능

- 코드 커버리지를 담당하는 sol-coverage 패키지를 통합해야 한다.

- 보안 분석을 담당하는 Mythril 패키지를 통합해야 한다.

- 코드 테스트, 코드 커버리지, 보안 분석, 배포 절차 자동화 시스템을 구축해야 한다.

- show-state 기능

- 상태 변수들의 순서를 바탕으로 스토리지 인덱스를 계산해야 한다.

- 계산된 스토리지 인덱스를 바탕으로 스토리지 값을 가져와야 한다.

- truffle-debugger를 통합해야 한다.

◇ 성능

- 사용 가능한 정도의 레이턴시를 제공해야 한다.

- 불필요한 리소스 사용을 최소화해야 한다.

◇ 편의성

- 사용자 친화적인 인터페이스를 제공해야 한다.

- 쉬운 입력, 보기좋은 출력.

◇안정성

- 버그 발생이 없음을 보장해야 한다.

- 결과물의 무결성이 보장되어야 한다.

- 기존의 기능들과 배타적인 통합이 이루어져야 한다.

- 플랫폼에 의존적이지 않은 시스템을 구축해야 한다.

◇지속성

- 기업의 지속적인 유지보수가 용이해야 한다.

- 일관된 코딩 컨벤션, 커밋 컨벤션을 유지해야 한다.

- 패키지, 모듈의 구조화가 적절히 이루어져야 한다.

개념설계안

가. 시스템 기능

◇ 배포된 스마트 컨트랙트의 인덱싱

- 배포된 스마트 컨트랙트의 변수들의 인덱스와 값을 찾아주는 기능

- 작성한 소스코드 뿐만아니라 이더리움 메인넷에 배포된 스마트컨트랙트 또한 분석 가능

- 코드 분석 및 디버깅 등에 활용

◇ Debug

- vvisp에 스마트 컨트랙트 Debug 기능을 추가.

- 기존 개발도구들의 디버거에는 존재하지 않는 특정 변수의 스토리지 인덱스와 값을 보여주는 기능을 추가

◇ CI/CD

- CI/CD 기능 추가를 통해 개발한 코드의 검증, 빌드, 배포를 자동화 함으로서 스마트 컨트랙트 개발시간을 단축

- Build - Test - Security Analysis - Code Coverage의 절차를 파이프라이닝해 검증, 빌드, 배포 를 자동화

◇ 각 모듈들은 vvisp의 명령어 형태로 동작

- vvisp show-state

- vvisp debug

- vvisp CI/CD

나. 시스템 구조

1. Show-State Module

- 솔리디티 컴파일러인 solc를 통해 나오는 중간 산출물인 ast를 파싱해 변수들의 이름과 타입을 획 득한다.

그 이후 타입에 따른 솔리디티 스토리지 인덱스 배정 규칙에 따라 변수들의 인덱스를 계산한다.

- solc

솔리디티 컴파일러이며, 결과물인 output객체에 ast 및 opcode를 포함한다.

2. Debug Module

- Truffle의 디버그 모듈을 vvisp에 Integration함으로서, Debug 기능을 구현한다.

이때 Show-state module을 활용해,

Truffle 디버거에는 존재하지 않는 특정 변수의 스토리지 인덱스와 값을 보여주는 기능을 추가한다.

- 실행 로직

 1) solidity 소스코드를 compile한다.

 2) local evm에 배포 및 실행시킨다.

 3) 실행한 특정 Tx에 대해서 디버깅을 수행한다.

3. CI/CD Module

- CI/CD 기능 추가를 통해 개발한 코드의 검증, 빌드, 배포를 자동화 함으로서 스마트 컨트랙트 개 발시간을 단축한다.

- Build - Test - Security Analysis - Code Coverage의 절차를 파이프라이닝해 검증, 빌드, 배포를 자동화한다.

- Security Analysis에는 Mythrill을 Code Coverage에는 Sol-Coverage를 활용한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

Solidity 변수 스토리지 인덱스 배정 규칙

1. 정적 크기 변수

- 매핑 변수와 동적 크기 배열을 제외한 모든 변수는 정적 크기 변수에 속한다.

- 변수가 선언된 순서대로 인덱스가 0부터 차례로 배정된다.

- 스토리지 한 슬롯의 크기인 32바이트보다 크기가 작은 변수들에 대해, 패킹 규칙에 따라 한 슬롯 안에 패킹될 수 있다.

- 패킹 규칙

 1. 첫번째 요소는 낮은 위치에 정렬된다.

 2. 기초 자료형은 필요한 바이트만큼만 공간을 차지한다.

 3. 슬롯에 남은 공간보다 저장하려는 변수의 크기가 크면, 다음 슬롯에 저장된다.

 4. 구조체와 정적 크기 배열은 항상 새 슬롯에서 시작하고, 슬롯 전체를 점유한다.

 5. 구조체와 정적 크기 배열 내부의 요소들은 위의 규칙에 따라 패킹될 수 있다.

2. 동적 크기 변수

- 동적 크기 변수는 매핑 변수와 동적 크기 배열로 나뉜다.

- 동적 크기 변수의 베이스 슬롯은 정적 크기 변수와 마찬가지로 배정되며, 한 슬롯을 전부 차 지한다.

-매핑 변수의 베이스 슬롯에는 항상 0이 저장되며, 각각의 키에 대해 인덱스

keccak256(concatenation(key, indexOfBaseSlot))의 위치에 밸류를 저장한다.

- 동적 크기 배열의 베이스 슬롯에는 현재 배열의 길이가 저장되며, 실제 데이터는 인덱스

keccak256(indexOfBaseSlot)로부터 차례로 저장된다.

- 특수한 동적 크기 배열인 bytes와 string 변수는 크기에 따라 다르게 동작한다.

 1. 크기가 31바이트 이하일 때, 데이터를 베이스 슬롯의 높은 위치부터 차례로 저장하고 가장 낮은 위치의 바이트에 현재

    배열의 길이 * 2를 저장한다.

 2. 크기가 32바이트 이상일 때, 베이스 슬롯에는 현재 배열의 길이 * 2 + 1을 저장하고 실제 데이터는 인덱스

    keccak256(indexOfBaseSlot)로부터 차례로 저장된다. (저장된 길 이를 제외하고 일반 동적 크기 배열과 동일)

상세설계 내용

가. 시스템 구조

◇ 시스템 구조

- show-state

solc-js을 통해 획득한 ast를 활용

Ethereum Mainnet, Local Blockchain에 배포된 스마트 컨트랙트에 대해서 명령 수행

- debug

truffle-debugger를 활용

Local Blockchain에 배포된 스마트 컨트랙트에 대해서 명령 수행

- CI/CD

compile - code coverage - security analysis - deploy과정을 자동화

code coverage에는 sol-coverage 활용

security analysis에는 mythrill 활용

Local Blockchain에 배포된 스마트 컨트랙트에 대해서 명령 수행

◇ 시스템 요구사항

- 컨트랙트 커버리지 테스트를 위한 sol-coverage 패키지 요구

- 컨트랙트 보안 분석을 위한 Mythril 패키지 요구

- 솔리디티 디버깅을 위한 truffle-debugger 패키지 요구

- 추상 구문 트리 생성을 위한 solc-js 패키지 요구

- 스토리지로부터 값을 읽어오기 위한 web3.js 패키지 요구

- 패키지간 의존성 명세의 철저한 감사 요구

나. 모듈별 상세

1. Show-State Module

◇ 배포된 스마트 컨트랙트의 변수들의 인덱스와 값을 찾는 기능의 모듈

◇ 로직

- 솔리디티 컴파일러인 solc를 통해 ast를 획득한다.

- 구조체 정의를 먼저 확인한다.

- 변수 타입을 확인한다.

- 변수 타입에 따라 솔리디티 스토리지 인덱스 배정 규칙에 따라 변수들의 인덱스를 계산한뒤,

Hashtable 형태로 저장한다.

- 저장한 HashTable을 출력한다.

2. Debug Module

◇ 스마트 컨트랙트 Debugging 모듈

◇ 기능 및 구조

- breakpoint, stepin, stepover, watch 등의 기능은 Truffle Debugger를 활용한다.

- 현재 소스코드의 Storage 인덱스 정보를 보여주는 show-state 기능은 Show State Module을 사용한다.

3. CI/CD Module

◇ CI/CD 기능 추가를 통해 개발한 코드의 검증, 빌드, 배포 자동화 기능의 모듈

◇ Build - Security Analysis - Code Coverage의 절차를 파이프라이닝

◇ 로직

- solc를 사용해 compile한다.

- sol coverage를 활용해 code coverage를 수행한다.

- mythrill을 활용해 security analysis를 수행한다.

- 로컬 EVM에 deploy한다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

◇ vvisp show- state

- show-state 모듈은 앞서 설명한 것과 같이 솔리디티 컴파일러인 solc를 통해 나오는 중간 산출물인 ast를 파싱해 변수들의 이름과 타

입을 획득한 후 변수들의 state를 계산하고 파악한후 사용자에게 보여주는 모듈이다.

파일:Sssolidity.png

◇ vvisp debug

- vvisp debug는 말 그대로 스마트 컨트랙트에 대한 디버그를 실행하는 명령어이며 오픈소스인

truffle debugger를 활용하여 vvisp프로그램 안에서 디버깅을 할 수 있도록 한 모듈이다.

◇ vvisp coverage

- 스마트 컨트랙트에 대한 커버리지를 측정하고자 할 때 사용하는 module

오픈소스인 Istanbul과 이를 이용한 sol-coverage를 활용하여 기능을 구현하였으며

이 역시 명령어를 입력하면 해당 스마트 컨트랙트에 대한 커버리지가 측정된다.

◇ vvisp analyze

- 오픈소스인 mythx를 활용하여 스마트 컨트랙트에 대한 보안감사를 수행할 수 있도록

한 모듈이다. 아래의 결과를 통해 위의 coverage를 한 소스코드와 동일한 소스코드에

대해 취약점이 분석되는 모습을 볼 수 있다.

완료작품의 평가

향후계획

가. 어려웠던 내용들

◇ 솔리디티 컴파일러인 solc를 통해 ast를 획득한 후 분석하는 과정

◇ storage에 있는 동적 변수를 Indexing하는 것

◇ 오픈소스인 Truffle Debugger나 Mythril을 분석하는 과정

◇ 구현한 모듈들을 VVISP에 통합

◇ Debugging에서 Breaking Point를 지정할 수 있는 기능을 넣는 것

나. 차후 구현할 내용

◇ curses를 이용한 인터페이스 개선 및 gui 환경 구축

◇ 버전관리서비스 지원

4조

목차