如何在JavaScript项目中使用 zk-SNARK

如何在JavaScript项目中使用 zk-SNARK

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​ 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.git
cd circom
cargo build --release
cargo 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 initinit
npm 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。

这是在JavaScript中使用zk-SNARK的简短教程，它不是一个完整教程，大家可能还存有很多问题，我们可以借助Circom和snarkjs，他们都有很好的文档记录，我们也可以从Tornado Cash等现有项目中学到很多东西。

Source：https://medium.com/better-programming/zero-knowledge-proofs-using-snarkjs-and-circom-fac6c4d63202

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