保姆级教程:如何在JavaScript项目中使用zk-SNARK

Rollup 是一种区块链扩展解决方案,其计算是在链下完成的,在给定数量的交易后,状态将同步回区块链,这种解决方案可以为我们提供区块链的安全性和更低的 gas 费,所以我们说 zk-Rollup 是区块链的理想扩展解决方案。

保姆级教程:如何在JavaScript项目中使用zk-SNARK
Maria Cappelli 在 Unsplash 上上传的照片

零知识证明技术,尤其是 zk-SNARK 技术是加密领域最令人兴奋的技术之一,因为:

  • 我们可以在不泄漏具体信息的同时证明该信息。
  • 证明很小,很容易在区块链上进行验证,所以可以 Rollup。

Rollup 是一种区块链扩展解决方案,其计算是在链下完成的,在给定数量的交易后,状态将同步回区块链,这种解决方案可以为我们提供区块链的安全性和更低的 gas 费,所以我们说 zk-Rollup 是区块链的理想扩展解决方案。

在本文中,作者会向我们展示如何在 JavaScript 项目中使用 zk-SNARK。

众所周知,我们需要一个电路来生成零知识证明。电路是系统用来计算输出和证明的数学表达式。零知识证明本身就是我们已经成功完成计算的证明。

电路可能会非常复杂,但好在有电路编程语言和库可以让我们比较轻松的编写自己的电路。在本文中我们会使用 Circom。Circom 是用 Rust 编写的。可以使用以下命令来安装 Rust 环境。

curl --proto '=https' --tlsv1.2 https://sh.rustup.rs -sSf | sh'=https' --tlsv1.2 https://sh.rustup.rs -sSf | sh

安装完 Rust 后,克隆 Circom 存储库并构建编译器:

git clone https://github.com/iden3/circom.gitclone https://github.com/iden3/circom.gitcd circomcargo build --releasecargo install --path circom

如果这过程中没有差池,那么我们已经安装好了 Circom 编译器。

现在还需要解决 Circomlib,Circomlib 是一个包含许多有用的预定义电路的编程库。因此,创建一个空项目,并使用以下代码安装 Circomlib:

npm initinitnpm i circomlib

现在,我们已经为创建电路做好了准备,下面是它应该看起来的样子:

pragma circom 2.0.0;2.0.0;include "node_modules/circomlib/circuits/poseidon.circom";template PoseidonHasher() {signal input in;signal output out;component poseidon = Poseidon(1);poseidon.inputs[0] <== in;out <== poseidon.out;}component main = PoseidonHasher();

这个简单的电路,有一个专用输入和一个输出信号。我们正在使用 Circomlib 中的 poseidon 哈希计算器来生成输入 hash。使用此电路,可以证明我们已经知道给定的原始数据 hash,但不需要透露它。

在第一步中,可以通过 Circom 编译器来编译电路,该编译器将生成一个 wasm 和 rlcs 文件。

circom poseidon_hasher.circom --wasm --r1cs -o ./build

生成的 wasm 和 rlcs 文件在构建文件夹中可用。要生成证明,我们需要一个证明密钥文件,而要生成这个文件,我们就需要一个 ptau 文件。该 ptau 文件可以由 snarkjs 生成。或者也可以下载一个预生成的文件(可以在 snarkjs 存储库中找到链接)。关于测试,生成的文件对我们有些好处,但在我们生产应用程序中,建议生成自己的 ptau。

wget https://hermez.s3-eu-west-1.amazonaws.com/powersOfTau28_hez_final_12.ptau

现在可以使用电路和 ptau 文件生成证明密钥(zkey 文件):

npx snarkjs groth16 setup build/poseidon_hasher.r1cs powersOfTau28_hez_final_12.ptau circuit_0000.zkey

不建议将此 zkey 文件用于生产,但对于测试,它对我们有帮助。

现在,我们已经准备好生成证明了。这其中会用到 snarkjs,所以用下面的命令进行安装:

npm i snarkjs

证明生成如下所示:

const { proof, publicSignals } = await snarkjs.groth16.fullProve(

{ in: 10 },

"build/poseidon_hasher_js/poseidon_hasher.wasm",

"circuit_0000.zkey");

console.log(publicSignals);

console.log(proof);

输入信号在函数的第一个参数中传递 fullProve。第二个参数是编译电路,最后一个参数是生成的证明密钥。该函数反馈电路的输出和证明。

现在我们需要一个可以从证明密钥生成的验证密钥来验证证明。获取方法如下:

npx snarkjs zkey export verificationkey circuit_0000.zkey verification_key.jsonexport verificationkey circuit_0000.zkey verification_key.json 验证码如下:const vKey = JSON.parse(fs.readFileSync("verification_key.json"));const res = await snarkjs.groth16.verify(vKey, publicSignals, proof);if (res === true) {console.log("Verification OK");} else {console.log("Invalid proof");}

验证密钥是 verify 函数的第一个参数,输出和证明是第二和第三个参数。该函数的结果是一个简单的布尔值。

在此例子中,我们使用电路来计算 hash,但这并不总是可行的,因为 hash 可以使部分结果,或者我们的电路看起来像如下所示:

pragma circom 2.0.0;2.0.0;

include "node_modules/circomlib/circuits/poseidon.circom";

template PoseidonHasher() {

signal input in;

signal input hash;

component poseidon = Poseidon(1);

poseidon.inputs[0] <== in;

hash === poseidon.out;

}

component main {public [hash]} = PoseidonHasher();

这个电路没有输出,只有两个输入。第一个输入是数据,第二个输入是数据的哈希。在模板的最后一行,我们检查 hash。只有给定的 hash 是给定数据的 poseidon hash,电路才会成功运行。但是要如何在 JS 中计算 poseidon hash 呢?

Circomlib 有一个可以用于此的 JS 实现。需要我们安装它:

npm i circomlibjs

现在我们可以用下面的代码来进行计算:

const poseidon = await circomlibjs.buildPoseidon();const poseidon = await circomlibjs.buildPoseidon();

const hash = poseidon.F.toString(poseidon([10]));

console.log(hash);

该 poseidon 函数结果是 Buffer,我们需要将其转换为数字。在 zk-SNARK 中,每次计算都是在有限域中完成的,所以我们必须使用 poseidon.F.toString 进行转换。

Circomlibjs 和 snarkjs 在 Node.js 和浏览器中运行良好,所以我们可以在客户端生成或验证证明,还可以生成用于验证的智能合约。这样我们就可以在 Solidity 代码中使用它来验证证明。

Circomlibjs 也有智能合约生成器。

(声明:请读者严格遵守所在地法律法规,本文不代表任何投资建议)

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