零知识证明实战渔业监控zksnark

Posted 2021-08-29 跨链技术践行者

零知识证明可以在不泄露具体信息的情况下向其他人证明 自己掌握该信息，这听起来非常适合去中心化应用。在这个教程中， 我们将利用zksnark来实现一个具体的NodeJS零知识证明应用：渔船 无需透露自己的具体位置，就可以向监管机构证明自己处于划定的 合法捕捞区内 —— 我们的主要武器是snarkjs和circom。

1、需求分析

设计零知识证明应用方案的第一步是要将具体的问题 转换为一个电路。我们要证明渔船处于合法捕捞区内，这个问题 中存在以下变量：

• 合法捕捞区的范围，可以用该区域的经度/维度的最大值和最小值来表示
• 渔船的位置，用渔船的经度和维度来表示

容易得到如下的输入输出映射：

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渔船经度/维度 ->| | | | 捕捞区经度最大/最小值 ->| 电路 |-> 在/不在合法捕捞区 | | 捕捞区纬度最大/最小值 ->| | +--------------+

2、circom电路实现

据此，我们可以得到如下的circom电路定义：

 

其中：

• latitudeRange：电路输入，表示合法捕捞区域的纬度的最小值和最大值，数组
• longitudeRange：电路输入，表示合法捕捞区域的经度的最小值和最大值，数组
• fishingLocation：电路输入，表示渔船的经度和维度，数组
• out：电路输出，1表示渔船在合法捕捞区，0表示渔船不在合法捕捞区

由于我们要隐藏渔船的具体位置，因此在上面的circom电路中，你可以看到 fishingLocation被定义为private。

3、circom电路编译

如果还没有安装circom的话，使用如下命令全局安装circom：

1	npm install -g circom

注意：推荐使用node 12，因为内置了原生的大数计算，效率提升10倍！

使用如下命令编译电路文件InRange.circom，输出结果命名为InRange.json：

1	circom InRange.circom -o InRange.json

4、zksnark的可信设置

在使用zksnark之前，需要一个可信设置，而且该可信设置依赖于具体的电路， 例如我们编译得到的InRange.json。

使用snarkjs来创建这个可信设置，同样，如果需要安装的话，使用如下命令：

1	npm install -g snarkjs

现在我们利用渔业监控电路进行可信设置：

1	snarkjs setup -c InRange.json

上面的命令将会在当前目录创建两个文件：proving_key.json和verification_key.json。 其中proving_key.json用于证明你的输入是有效的（满足电路约束），而verification_key.json 用来验证别人提供的证据。

5、计算ziksarnk电路信号的见证（witness）

在我们创建提供给其他人的证据之前，需要先计算出电路中所有信号（包括输入信号和中间信号） 的见证。为此我们需要创建一个输入文件input.json，其中包含所有输入（公开输入和私有输入）的值， 然后利用这个输入文件计算得到见证文件witness.json，这两个文件都不会公开。

下面是我们的渔业监控电路的输入文件示例：

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{ "latitudeRange": [ 20, 21], "longitudeRange": [ 176, 190], "fishingLocation": [ 20, 180] }

使用sparkjs来计算得出见证文件witness.json：

1	snarkjs calculatewitness -c InRange.json

6、创建zksnark证据

有了witness.json，我们就可以创建提供给其他人的证据了：

1	snarkjs proof

上面的命令将在当前目录生成proof.json和公开文件public.json， publc.json实际上就是witness.json文件内容的一个子集，其中 仅包含电路中可公开信号的值。

现在目录里的文件如下图所示：

7、校验zksnark证据

现在你（渔船船长）可以把verification_key.json、proof.json和public.json提供给 监管机构了，监管方使用如下命令即可验证你的船的确在合法捕捞区内，但却不知道 你的具体位置：

1	snarkjs verify

GOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOD！

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原文链接：Using Zero-Knowledge Proofs with Fluree