ayx·爱游戏：电路及证明示例（libsnark）

本文摘要：libsnark库代码层次十分明晰。

libsnark库代码层次十分明晰。libsnark也得出了SNARK涉及算法的全貌，各种Relation，Language，Proof System。为了更佳的分解R1CS电路，libsnark抽象化出有protoboard和gadget，便利开发者较慢搭起电路。在读者该示例代码前，请求仔细阅读libsnark的源代码分析：零科学知识证明 - libsnark源代码分析唯一有点失望的，libsnark没给个原始的电路结构实例，入门者想要搭起自己的电路，刚开始有点摸不着头脑。

为了便利入门者撰写自己的电路，同事写出了个基于libsnark结构电路，并分解并检验电路的实例：https://github.com/StarLI-Trapdoor/libsnark_sample入门者，可以基于这个示例研发自己的电路。自由选择默克尔树根作为电路的示例，因为在零科学知识证明的应用于中，大量的用于默克尔树根数据结构。1 代码结构该示例结构了一条merkle路径的检验电路，分解并检验证明。merkle树根的深度为3，并且merkle树根的计算出来使用sha256散列函数。

代码结构较为明晰，merkle目录中的main.cpp是主函数。circuit目录下的merklecircuit.h是电路的构建。整个项目用cmake展开编译器。

2 电路构建电路取名为MerkleCircuit，主要倚赖两个gadget：merkle_authentication_path_variable和merkle_tree_check_read_gadget。merkle_authentication_path_variable获取了merkle树根的一条路径。

merkle_tree_check_read_gadget检查等价一个叶子节点，网卓新闻网，否能计算出来出有准确的root。构建一个电路，主要构建两个接口函数：generate_r1cs_constraints - 分解R1CS，该电路比较简单，只要让倚赖的两个gadget，分解R1CS才可。generate_r1cs_witness - 给所有的变量展开赋值。该电路，必须赋值的变量有root，leaf（叶子节点），和叶子节点设施的默克尔路径，以及默克尔路径对应的地址信息（也就是每一层的节点的方位，左边还是右边）。

整个电路最简单的就是电路的构造函数，申请人变量，创立gadget。其中重点谈一谈，set_input_sizes函数。libsnark的框架中，用于非常简单的区分public和private变量的模型。

通过set_input_sizes函数，设置前几个变量为public变量。pb.set_input_sizes(root_digest-digest_size);也就是说，该电路的公开发表变量为root的bit个数。3 分解和检验证明确认了电路的构建，想到main函数，如何分解和检验证明。

在main函数中定义了merkle树计算出来必须的一些类型：typedef libff::default_ec_pp ppzksnark_ppT;typedef libff::Frppzksnark_ppT FieldT;typedef sha256_two_to_one_hash_gadgetFieldT HashT;FieldT配置文件是bn256椭圆曲线的的Fr，默克尔树根计算出来使用是sha256算法。3.1 setup构建了generate_read_keypair函数，分解pk/vk。细心看一下generate_read_keypair函数，逻辑非常简单明晰：结构MerkleCircuit，在分解R1CS后，调用r1cs_gg_ppzksnark_generator分解pk/vk。

protoboardFieldT pb; sample::MerkleCircuitFieldT, HashT mc(pb, tree_depth); mc.generate_r1cs_constraints(); r1cs_constraint_systemFieldT cs = pb.get_constraint_system(); return r1cs_gg_ppzksnark_generatorppzksnark_ppT(cs);pk存放在merkle_pk.raw文件中，vk存放在merkle_vk.raw中。3.2 proveprove逻辑，首先从输出参数结构一个原始的merkle树，并根据输出指定了默克尔路径。

通过generate_read_proof函数分解证明。该函数逻辑也较为明晰： protoboardFieldT pb; sample::MerkleCircuitFieldT, HashT mc(pb, tree_depth); mc.generate_r1cs_constraints(); mc.generate_r1cs_witness(pb, leaf, root, path, address, address_bits); return r1cs_gg_ppzksnark_proverppzksnark_ppT(proving_key, pb.primary_input(), pb.auxiliary_input());结构MerkleCircuit，在分解R1CS后，设置各个变量的值。

接着通过r1cs_gg_ppzksnark_prover分解证明。3.3 verify在得知vk，证明以及公开发表信息（root）的基础上，调用r1cs_gg_ppzksnark_verifier_strong_IC的模块已完成检验。这也就是verify_read_proof函数的逻辑。4 编译器和运营在编译器之前，实时该项目倚赖的libsnark库：git submodule update --init --recursive4.1 编译器mkdir build; cd build; cmake ..编译器已完成，merkle目录持续性分解merkle的可执行文件。

4.2 可靠设置（trusted setup）./merkle setup4.3 分解证明./merkle prove [data1] [data2] [data3] [data4] [data5] [data6] [data7] [data8] [index]prove命令，必须获取完整的3层merkle树根的8个叶子节点，并登录必须证明的第几个叶子节点对应的路径（index说明）。4.4 检验./merkle verify [root]其中，root信息是在prove中分解过程中打印机出来的root信息（也是公开发表信息）。如果检验通过，就解释不存在一条能分解root的merkle路径，虽然没公开发表路径的明确信息。

总结：libsnark库代码层次十分明晰，并抽象化出有protoboard和gadget，便利开发者较慢搭起电路。本文得出了一个基于libsnark库研发的原始电路示例。示例构建了3层默克尔树根的一条默克尔路径的检验。

其中默克尔树根使用sha256的散列函数。

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