最近看知乎，发现知乎上有些文章真的醍醐灌顶。印象比较深的是，文因互联CEO鲍捷的一篇文章：最快的成长方式就是慢慢来。创业最关键的能力，就是“不被卡住”的能力。这才是“探索力”的根本，是创业“执行力”的核心。
很多人都熟悉让别人告知一个明确的目标，然后清晰的执行。但是，创业是一种探索，没有人会告诉你这样的明确的目标。探索，是一种反人性的活动。大多数人会对探索畏惧，恐惧，抵触，茫然。
“不被卡住”，需要掌握好“任务分解，快速迭代”的方法论，需要建立“交付”的态度，需要“勤于沟通”，需要”不固执己见“，更需要”不断复盘“。”不被卡住“，还有个要注意的是，有多少本钱打多少仗，不要总想着打大仗，要学会从小仗慢慢打。
ethsnarks在libsnark的基础上，实现了以太坊上与zkSNARK相关的智能合约和电路。ethsnarks本身也是libsnark应用很好的学习示例。
ethsnarks的源代码地址：
https://github.com/HarryR/ethsnarks.git
本文中使用的ethsnarks源代码的最后一个commit如下：
commit9adc64355adb9154ba5042c0fadf84c438b8a08a
Author:WanseobLim
Date:FriAug1601:49:192019+0900
AddFrfieldclasstothefield.py
01源代码结构
contracts-实现了groth16的验证智能合约，椭圆曲线的计算，MerkleTree以及MiMCHash计算的智能合约。这些智能合约可以通过truffle进行部署测试。部署相关的脚本在migrations目录下。
ethsnarks-python实现的相关功能，包括pedersen/mimc/poseidon等hash函数，groth16验证，以及椭圆曲线的计算。
test-以上两个功能的测试代码，采用python语言实现。
depends-依赖库，包括libsnark，libfqfft等等。
src-基于libsnark的gadget1库实现的更多的gadget。本文着重介绍这些gadget的实现。
02gadget实现
src目录下的源代码结构如下：
2.1ethsnarks.hpp
libsnark的gadget1库主要围绕sha256实现各种gadgets。ethsnarks在alt_bn128这条椭圆曲线上实现了基于Field的hash函数。
libsnark的电路中各种定义都非常长。libsnark定义一个变量数组类型：pb_variable_array。
ethsnarks.hpp精简了在alt_bn128这条椭圆曲线相关的类型声明：
namespaceethsnarks{
typedeflibff::bigintLimbT;
typedeflibff::alt_bn128_G1G1T;
typedeflibff::alt_bn128_G2G2T;
typedeflibff::alt_bn128_ppppT;
typedeflibff::FqFqT;
typedeflibff::FrFieldT;
typedeflibsnark::r1cs_constraintConstraintT;
typedeflibsnark::protoboardProtoboardT;
typedeflibsnark::pb_variableVariableT;
typedeflibsnark::pb_variable_arrayVariableArrayT;
typedeflibsnark::pb_linear_combinationLinearCombinationT;
typedeflibsnark::pb_linear_combination_arrayLinearCombinationArrayT;
typedeflibsnark::linear_termLinearTermT;
typedeflibsnark::gadgetGadgetT;
typedeflibsnark::r1cs_gg_ppzksnark_zok_proofProofT;
typedeflibsnark::r1cs_gg_ppzksnark_zok_proving_keyProvingKeyT;
typedeflibsnark::r1cs_gg_ppzksnark_zok_verification_keyVerificationKeyT;
typedeflibsnark::r1cs_gg_ppzksnark_zok_primary_inputPrimaryInputT;
typedeflibsnark::r1cs_gg_ppzksnark_zok_auxiliary_inputAuxiliaryInputT;
}
其中，FieldT特指在alt_bn128线上的点的个数。
2.2utils.hpp/utils.cpp
utils实现了电路实现中常用的功能性函数。
inlineconstVariableTmake_variable(ProtoboardT&in_pb,conststd::string&annotation)
{
VariableTx;
x.allocate(in_pb,annotation);
returnx;
}
make_variable创建一个VariableT。
constVariableArrayTflatten(conststd::vector&in_scalars)
{
size_ttotal_sz=0;
for(constauto&scalar:in_scalars)
total_sz+=scalar.size();
VariableArrayTresult;
result.resize(total_sz);
size_toffset=0;
for(constauto&scalar:in_scalars)
{
for(size_ti=0;i<scalar.size();i++)
{
result.index=scalar.index;
}
}
returnresult;
}
flatten函数将多个VariableArrayT合并成一个VariableArray。其实也很简单，就是把VariableArray中的index都合并到一个VariableArray中。
2.3r1cs_gg_ppzksnark_zok
在libsnark的r1cs_gg_ppzksnark的基础上，稍做改动，让以太坊的预编译智能合约能验证groth16的算法。r1cs_gg_ppzksnark_zok目录中的README.md很清晰的解释了改动的原因。
从以太坊的拜占庭硬分叉之后，以太坊引入了基于ALT_BN128的配对函数计算的预编译合约，合约实现的功能如下：
给定ALT_BN128上两个基点一系列的点(a1,b1,a2,b2,...,ak,bk)，预编译合约能检查：
e(a1,b1)*...*e(ak,bk)是否等于1？
Groth16原有的验证系数为：vk.alpha_beta，vk.gamma以及vk.delta。Groth16的验证等式为：
vk.alpha_beta=e(A,B)*e(-x,vk.gamma)*e(-C,vk.delta)
其中vk.alpha_beta为e(alpha,beta)。
如果直接用之前的验证等式，以太坊上的预编译合约没法实现。在不影响Groth16的安全性的情况下，将Groth16的验证系数变为：vk.alpha，vk.beta，vk.gamma以及vk.delta。Groth16的验证等式也变为：
e(A,B)*e(-x,vk.gamma)*e(-C,vk.delta)*e(-alpha,beta)=1
r1cs_gg_ppzksnark_zok目录就是实现如上的改动。同时提供了stubs.hpp/stubs.cpp，从json文件中读取相应的验证参数进行验证。
2.4poseidon
poseidon算法的实现在gadgets/poseidon.hpp文件中。
template
usingPoseidon128=Poseidon_gadget_T<6,1,8,57,nInputs,nOutputs,constrainOutputs>;
Poseidon128是Poseidon_gadget_T的一个实例。前面四个参数是poseidon算法的参数，后续会写文章详细介绍poseidon算法以及这些参数的含义。nInputs指定算法的输入的个数，nOutputs指定输出的个数，contrainOutputs指定是否对输出进行约束。
Poseidon_gadget_T的构造函数如下：
Poseidon_gadget_T(
ProtoboardT&pb,
constVariableArrayT&in_inputs,
conststd::string&annotation_prefix
):
GadgetT(pb,annotation_prefix),
inputs(in_inputs),
constants(poseidon_params()),
first_round(pb,constants.C,constants.M,in_inputs,FMT(annotation_prefix,".round")),
prefix_full_rounds(
make_rounds(
1,partial_begin,pb,
first_round.outputs,constants,annotation_prefix)),
partial_rounds(
make_rounds(
partial_begin,partial_end,pb,
prefix_full_rounds.back().outputs,constants,annotation_prefix)),
suffix_full_rounds(
make_rounds(
partial_end,total_rounds-1,pb,
partial_rounds.back().outputs,constants,annotation_prefix)),
last_round(pb,constants.C.back(),constants.M,suffix_full_rounds.back().outputs,FMT(annotation_prefix,".round",total_rounds-1)),
_output_vars(constrainOutputs?make_var_array(pb,nOutputs,".output"):VariableArrayT())
{
}
poseidon算法的计算由好几轮组成：first_round，prefix_full_rounds，partial_rounds(中间，不完整轮)，suffix_full_rounds以及last_round。
_output_vars是输出的变量。这些轮都是通过make_rounds函数实现。
template
staticconststd::vectormake_rounds(
unsignedn_begin,unsignedn_end,
ProtoboardT&pb,
conststd::vector>&inputs,
constPoseidonConstants&constants,
conststd::string&annotation_prefix)
{
std::vectorresult;
result.reserve(n_end-n_begin);
for(unsignedi=n_begin;i<n_end;i++)
{
constauto&state=(i==n_begin)?inputs:result.back().outputs;
result.emplace_back(pb,constants.C,constants.M,state,FMT(annotation_prefix,".round",i));
}
returnresult;
}
make_rounds就是为每一轮准备合适的参数。每一轮的具体实现通过Poseidon_Round实现。
在Poseidon_Round的封装下，Poseidon_gadget_T的generate_r1cs_constraints以及generate_r1cs_witness相对简单，小伙伴们可以自行查看源代码。
03示例代码
在ethsnarks的基础上，实现Poseidon函数的电路就非常简单了。构造一个简单的电路，给大家参考一下。
电路的需求：实现Poseidon计算，输入为两个FieldT，输出为一个FieldT。输出作为电路的publicinput。
#include"ethsnarks.hpp"
#include"gadgets/poseidon.hpp"
usingnamespaceethsnarks;
namespacetestproject{
usingTestHash=Poseidon128<2,1>;
classtest_gadget:publicGadgetT{
public:
VariableToutput;
VariableTinput0;
VariableTinput1;
TestHashtHash;
test_gadget(
ProtoboardT&pb,
conststd::string&prefix
):GadgetT(pb,prefix),
output(make_variable(pb,FMT(prefix,".output"))),
input0(make_variable(pb,FMT(prefix,".input0"))),
input1(make_variable(pb,FMT(prefix,".input1"))),
tHash(pb,create_var_array({input0,input1}),FMT(prefix,".testhash"))
{
}
voidgenerate_r1cs_witness(
ethsnarks::FieldTw_input0,
ethsnarks::FieldTw_input1,
ethsnarks::FieldTw_output)
{
pb.val(input0)=w_input0;
pb.val(input1)=w_input1;
pb.val(output)=w_output;
tHash.generate_r1cs_witness();
}
voidgenerate_r1cs_constraints()
{
pb.set_input_sizes(1);
tHash.generate_r1cs_constraints();
pb.add_r1cs_constraint(ConstraintT(output,1,tHash.result()),
FMT(annotation_prefix,"output==Poseidon(input0||input1)"));
}
};
};
总结：
ethsnarks在libsnark的基础上，实现了以太坊上与zkSNARK相关的智能合约和电路。ethsnarks本身也是libsnark应用很好的学习示例。libsnark的gadget1库主要围绕sha256实现各种gadgets。ethsnarks在alt_bn128这条椭圆曲线上实现了基于Field的hash函数。
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。