为何说Hook是Uniswap V4的一把“双刃剑”？

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相信 Uniswap v4 不久就会和大家见面了！

这一次 Uniswap 团队可谓目标宏大，计划引入众多全新功能[1]，包括每个交易对支持**数量的流动性池和动态费用、单例设计、闪电记账、HoOK，以及支持 ERC1155 **标准。利用 EIP-1153 引入的瞬态存储，Uniswap v4 预计将在以太坊坎昆升级之后发布。

在诸多创新中，HoOK 机制因其强大潜力引起了广泛关注。HoOK 机制支持在流动性池生命周期中的特定点执行特定代码，大大增强了池子的可扩展性和灵活性。

然而，HoOK 机制也可能是一把双刃剑。虽然它功能强大且灵活，但安全使用 HoOK 同样是一个不小的挑战。Hook 的复杂性不可避免地带来了新的潜在攻击向量。因此，我们希望撰写一个系列文章，来系统介绍与 Hook 机制相关的安全问题与潜在风险，以此推动社区的安全发展，相信这些见解将有助于构建安全的 Uniswap v4 Hook。

作为该系列文章的开篇之作，本文介绍了与 Uniswap v4 中 Hook 机制相关的概念，并概述了Hook 机制存在的安全风险。

Uniswap V4的机制

在深入探讨之前，我们需要对 Uniswap v4 的机制有一个基本的了解。根据官方公告[1]和**[2]，Hook、单例架构和闪电记账是实现自定义流动性池和跨多个池子实现**路由的三个重要功能。

1.1 Hook

Hook 指的是在流动性资金池生命周期的不同阶段运行的合约，Uniswap 团队希望通过引入 Hook使**人都能做出权衡决策。通过这种方式，可以实现原生支持动态费用、添加链上限价单、或者通过时间加权平均做市商(TWAMM)分散大订单。

目前有八个Hook 回调，分为四组（每组包含一对回调）：

• beforeInitialize/afterInitialize

• beforeModifyPosition/afterModifyPosition

• beforeSwap/afterSwap

• beforeDonate/afterDonate

下文是**[2]中介绍的交换 Hook 的流程。

图 1：交换 Hook 流程

Uniswap 团队用一些示例（例如 TWAMM Hook[3]）介绍了操作方法，社区参与者也做出了一些贡献。官方文档[4]还链接到了Awesome Uniswap v4 Hooks[5] 仓库，该仓库收集了更多的 Hook 示例。

1.2 单例、闪电记账和锁机制

单例（singleton）架构和闪电记账（flash accounting）旨在通过**成本和确保效率来提高性能。它引入了一种新的 singleton 合约，即所有流动性池都保存在同一个智能合约中。这个单例设计依赖一个 PoolManager 来存储和管理所有池子的状态。

在 Uniswap 协议的早期版本中，兑换或添加流动性等操作涉及直接**转移，v4 版本则有所不同，在于其引入了闪电记账和锁机制（lock mechani**）。

锁机制的运作方式如下：

1. 某个locker合约在 PoolManager 上请求lock。

2. PoolManager 将该locker合约的地址添加到 lockData 队列，并调用其 lockAcquired 回调。

3. 该locker合约在回调中执行其逻辑。在执行过程中，locker合约与池子的交互可能导致非零的货币增量。然而，在执行结束时，所有增量必须结算为零。另外，如果 lockData 队列不为空，只有**一个locker合约可以执行操作。

4. PoolManager 检查 lockData 队列和货币增量的状态。验证后，PoolManager 将删除该locker合约。

总结来说，锁机制防止了并发访问，并保证了所有的交易都能被清算。而locker合约按顺序申请lock，然后通过 lockAcquired 回调执行交易。在每次池操作前后会触发对应的Hook回调。**，PoolManager 会检查状态。

这种方法意味着操作调整的是内部净余额（即delta），而不是执行即时转账。**修改都会记录在池子的内部余额中，实际的转账则在操作（即lock）结束时进行。这个过程保证了没有未清算的**，从而维持了资金的完整性。

由于锁机制的存在，外部所有账户 (EOA) 不能直接与 PoolManager 进行交互。相反，**交互都必须通过一个合约进行。该合约作为一个中间的locker，在进行**池操作之前都需要请求lock。

主要存在两种合约交互场景：

某个locker合约来自官方的代码库，或者由用户部署。在这种情况下，我们可以将交互视为通过路由器进行。

• 某个locker合约和 Hook 集成到同一个合约中，或由第三方实体控制。对于这种情况，我们可以将交互视为通过Hook进行。在这种情况下，Hook既扮演了locker合约的角色，又负责处理回调。

威胁模型

在讨论相关的安全问题之前，我们需要确定威胁模型。我们主要考虑以下两种情况：

威胁模型 I：Hook 本身是良性的，但存在漏洞。

• 威胁模型 II：Hook 本身就是恶意的。

在接下来的部分，我们将根据这两种威胁模型讨论潜在的安全问题。

2.1 威胁模型 I 中的安全问题

威胁模型 I 关注的是与 Hook 本身相关的漏洞。这个威胁模型假设开发者及其 Hook 是无恶意的。然而，智能合约现有的已知漏洞也可能出现在 Hook 中。例如，如果 Hook 是作为可升级合约实现的，那么它可能会遇到类似于 OpenZeppelin 的 UUPSUpgradeable 漏洞的相关问题。

鉴于以上因素，我们选择聚焦于v4版本特有的潜在漏洞。在 Uniswap v4 中，Hook 是能够在核心池操作（包括初始化、修改位置、交换和收集）之前或之后执行自定义逻辑的智能合约。虽然 Hook 预计将实现标准的接口，但它也允许包含自定义逻辑。因此，我们的讨论范围将限制在涉及标准 Hook 接口的逻辑。然后，我们将尝试找出可能的漏洞来源，例如，Hook 可能如何滥用这些标准 Hook 函数。

具体来说，我们将关注以下两种 Hook：

**种 hook, 保管用户资金。在这种情况下，攻击者可能会攻击这个 hook 来转移资金，造成资产损失。

• 第二种 hook, 存储用户或其他协议依赖的关键状态数据。在这种情况下，攻击者可能会试图改变关键状态。当其他用户或协议使用错误状态时，可能会带来潜在风险。

请注意，这两种范围之外的 hook 不在我们的讨论范围内。

由于本文撰写时还没有 Hook 的真实用例，我们将从 Awesome Uniswap v4 Hooks 仓库中获取一些信息。

在对Awesome Uniswap v4 Hooks仓库（提交哈希为3a0a444922f26605ec27a41929f3ced924af6075）进行深入研究后，我们发现了几个严重的漏洞。这些漏洞主要源于 hook、PoolManager 以及外部第三方之间的风险交互，主要可以分为两类：访问控制问题和输入验证问题。具体发现请见下表：

总的来说，我们发现了22个相关项目（排除与Uniswap v4无关的项目）。在这些项目中，我们认为有8个（36%）项目是存在漏洞的。在这8个有漏洞的项目中，6个存在访问控制问题，2个容易受到不受信任的外部调用。

2.1.1 访问控制问题

在这部分讨论中，我们主要关注的是 v4 中的回调函数可能导致的问题，包括 8 个 hook 回调和 lock 回调。当然，还有其他情况需要验证，但这些情况因设计而异，暂不在我们的讨论范围之内。

这些函数应该只能被 PoolManager 调用，不能被其他地址（包括EOA和合约）调用。例如，在奖励由资金池密钥分发的情况下，如果相应的函数可以由任意账户调用，那么奖励可能会被错误地领取。

因此，对于hook来说，建立强大的访问控制机制是至关重要的，尤其是它们可以被除了池子本身之外的其他方调用。通过严格管理访问权限，流动性池可以显著**与hook未授权交互或恶意交互的风险。

2.1.2 输入验证问题

在Uniswap v4中，由于存在锁机制，用户在执行**资金池操作之前必须通过合约获得一个lock。这确保了当前参与交互的合约是**的locker合约。

尽管如此，仍然存在一个可能的攻击场景，即由于在一些易受攻击的 Hook 实现中输入验证不当而导致的不受信任的外部调用：

首先，hook并未验证用户打算交互的资金池。这可能是一个含有虚假**并执行有害逻辑的恶意资金池。

• 其次，一些关键的hook函数允许任意的外部调用。

不受信任的外部调用极其危险，因为它可能导致各种类型的攻击，包括我们熟知的重入攻击。

为了攻击这些易受攻击的hook，攻击者可以为自己的虚假**注册一个恶意资金池，然后调用hook在资金池执行操作。在与资金池交互时，恶意**逻辑劫持控制流以便进行不良行为。

2.1.3 针对威胁模型 I 的防范措施

为了规避与hook相关的此类安全问题，通过适当执行对敏感的外部/公共函数的必要访问控制，并对输入参数进行验证，从而对交互进行验证是至关重要的。此外，重入保护可能有助于确保 hook 不会在标准逻辑流程中被重复执行。通过实施适当的安全防护措施，资金池可以**与此类威胁相关的风险。

2.2 威胁模型 II 中的安全问题

在这个威胁模型中，我们假设开发者及其 hook 是恶意的。鉴于涉及范围很广，我们仅关注与 v4 版本相关的安全问题。因此，关键在于提供的 hook 是否能够处理用户转账或授权的加密资产。

由于访问 hook 的方法决定了可能赋予 hook 的权限，我们据此将 hook 分为两类：

托管型 Hook（Managed Hooks）：hook 不是入口点。用户必须通过路由器（可能由 Uniswap 提供）与 hook 进行交互。

• 独立型 Hook（Standalone Hooks）：hook 是入口点，允许用户直接与之交互。

图 2：恶意 Hook 的例子

2.2.1 托管型 Hook

在这种情况下，用户的加密资产（包括原生**和其他**）被转账或授权给 router 。由于 PoolManager 执行了余额检查，恶意 hook 不容易直接窃取这些资产。然而，仍然存在潜在的攻击面。例如，v4 版本的费用管理机制可能会被攻击者通过 hook 进行操纵。

2.2.2 独立型 Hook

当 Hook 被用作入口点时，情况就更加复杂。在这种情况下，由于用户可以直接与 hook 进行交互，hook 获得了更多的权力。理论上，hook 可以通过这种交互执行想要的**操作。

在 v4 版本中，代码逻辑的验证是非常关键的。主要问题在于是否可以操纵代码逻辑。如果 hook 是可升级的，这意味着一个看似安全的 hook 可能会在升级之后成为恶意的，从而构成重大风险。这些风险包括：

可升级的代理（可以被直接攻击）；

• 带有自毁逻辑。在联合调用 selfdestruct 和 create2 的情况下可能被攻击。

2.2.3 针对威胁模型 II 的防范措施

至关重要的一点在于评估 hook 是否是恶意的。具体来说，对于托管型 hook，我们应该关注费用管理的行为；而对于独立型 hook，主要的关注点在于它们是否可升级。

结论

在本文中，我们首先简要概述了与 Uniswap v4 的 Hook 安全问题相关的核心机制。随后，我们提出了两种威胁模型并简要概述了相关的安全风险。

在后续文章中，我们将对每种威胁模型下的安全问题进行深入分析。