nil Foundation blueprint模块代码解析

Posted 2023-03-03 mutourend

1. 引言

zkllvm-blueprint库的核心思想还是借鉴了https://github.com/scipr-lab/libsnark：

• crypto3-zk库：为零知识密码学工具。当前仅支持SNARK系列的方案，未来将支持STARKs、IOP-based SNARKs、Bulletproofs等。
• zkllvm-blueprint库：Blueprint库定义了Circuit components，供zkLLVM circuit compiler使用。
  支持与crypto3-zk一起使用：
  • blueprint模块负责生成constraint system的input data；
  • crypto3-zk模块将blueprint的输出 作为 输入，用于生成证明。

circuit由：

• Blueprint实例：对应电路本身、gates、constraints以及其它fixed expressions。
• Blueprint assignment table实例：包含了zk-SNARK系统所需的public和private assignments。
  包含了：
  • Blueprint public assignment table
  • Blueprint private assignment table

组成。每个实例可包含一个或多个Component。

主要示例见：

• https://github.com/NilFoundation/zkllvm-blueprint/blob/master/docs/usage.md

1.1 PLONK Component接口

Component X为state-less类型，包含了以下静态函数接口：

• X::allocate_rows：分配一定行数给指定的Arithmetization table。所需的行数由特定component的constexpr决定。
• X::generate_circuit：生成gate expressions、copy constraints、lookup constraints，并将其给特定的Blueprint。
  • 会修改Blueprint public assignment table中的Constant或Selector列。
  • 但不会使用或设置Blueprint private assignment table中的数据。
• X::generate_assignments：evaluate assignment values，并将其给特定的Blueprint assignment table。
  • 仅有generate_assignment函数可管理修改Blueprint private assignment table中数据。
  • 也可修改Blueprint public assignment table中数据。

具体为：

Function	Required Input	Can modify
X::allocate_rows	Blueprint	Blueprint
X::generate_circuit	Blueprint, Component params, Allocated data (auxiliary data for the component re-use), component start row	Blueprint, Allocated data
X::generate_assignments	Blueprint assignment table, Component params, component start row	Blueprint assignment table

添加a component的流程为：

• 1）调用allocate_rows来获取component的start row。若该component为其它component内的一部分，则没必要调用该行数，应所allocated rows由主component决定。
• 2）调用Blueprint assignment table::allocate_public_input来给Blueprint assignment table分配public input。
• 3）调用generate_circuit来设置Blueprint的所有gates和constraints。在generate_circuit函数运行过程中，会修改Allocated data。
• 4）调用generate_assignments来设置Blue assignment table中的所有assignments。

2. Vitalik R1CS示例

详细可参看 Vitalik 博客Quadratic Arithmetic Programs: from Zero to Hero

3. Inner product示例

4. SHA-256示例

附录 nil Foundation系列博客

• nil Foundation的Solana-Ethereum Bridge Based on Light-Client State Proof Verification
• nil Foundation的基于Solana light client实现的zk-bridge方案
• nil Foundation的Mina-＞以太坊 bridge原型已完成
• nil Foundation的Mina-Ethereum State Proof Verification Applications
• nil Foundation的in-EVM Full Mina State Verification
• nil Foundation的Placeholder证明系统（1）
• zkLLVM：nil Foundation开发的电路编译器