區塊鏈上的Zksnark電路如何設計？

在區塊鏈上設計ZKSNARK電路涉及定義問題，構建算術電路，轉換為QAP，生成CRS，創建和驗證證明以及優化效率和安全性。

2025/04/12 15:01

在區塊鏈上設計ZKSNARK電路涉及幾個複雜的步驟和注意事項。 Zksnarks或零知識簡潔的非交互性論證是加密協議，允許一個方向另一方證明一個陳述是真實的，而無需揭示陳述本身有效性以外的任何信息。在區塊鏈的背景下，這些電路用於提高隱私和效率。讓我們深入研究設計這樣的電路的過程。

了解Zksnarks的基礎知識

在深入設計Zksnark電路之前，了解基礎概念至關重要。 ZKSNARKS由三種算法組成：鑰匙生成，證明和驗證。密鑰一代算法會產生一個常見的參考字符串（CRS），該算法被供者用來生成證明和驗證者來檢查這些證明。證明算法採用聲明和證人，並輸出證明。驗證算法使用CRS檢查對語句的證明。

定義問題陳述

設計ZKSNARK電路的第一步是清楚地定義問題陳述。這涉及確定需要證明的是什麼以及應該保留哪些信息。例如，在區塊鏈上下文中，您可能需要證明事務有效而不揭示發件人，接收器或事務金額。問題陳述必須明確且具體，以確保可以準確構建電路。

構建算術電路

一旦問題陳述清楚，下一步就是構建代表要證明的計算的算術電路。算術電路是一個有向的無環圖，其中節點代表操作（例如添加，乘法和常數），而邊緣表示數據流。電路中的每個門必須設計為與計算中的特定操作相對應。

• 首先將計算分解為較小，易於管理的零件。
• 將每個部分錶示為一系列門和電線。
• 確保電路正確對整個計算從輸入到輸出進行建模。

轉換為二次算術程序（QAP）

構建算術電路後，必須將其轉換為二次算術程序（QAP） 。 QAP是一組代表電路約束的多項式。這種轉換至關重要，因為zksnarks在多項式承諾上運作。

• 確定算術電路的約束。
• 將這些約束轉換為二次方程系統。
• 使用多項式插值將方程系統轉換為QAP。

生成常見參考字符串（CRS）

下一步是生成常見的參考字符串（CRS） ，該字符串既用於證明和驗證。 CRS是使用ZKSNARK協議的密鑰生成算法創建的。此步驟涉及生成隨機值並將其投入多項式。

• 使用受信任的設置生成隨機值。
• 將這些價值投入多項式以創建CRS。
• 確保將CRS牢固地分發給有關各方。

創建證明

在QAP和CRS到位後，供者現在可以生成證明。供者將證人（私人意見）和公眾意見帶動，並使用它們來計算證明。這涉及使用證人和CRS評估QAP的多項式。

• 用證人評估QAP的多項式。
• 使用CRS進行這些評估。
• 使用承諾的值生成最終證明。

驗證證明

ZKSNARK過程的最後一步是驗證。驗證者使用公共輸入，證明和CRS檢查證明的有效性。驗證過程旨在高效，可以在不了解證人的情況下執行。

• 使用公眾輸入和證明來評估驗證多項式。
• 檢查評估是否與CRS中的承諾值匹配。
• 如果支票通過，則證明是有效的。

在區塊鏈上實施電路

在區塊鏈上實現ZKSNARK電路涉及將電路集成到區塊鏈的協議中。這需要修改區塊鏈的共識機制，以包括ZKSNARK驗證過程。必須仔細設計該實現，以確保它不會損害區塊鏈的安全性或性能。

• 修改區塊鏈的協議以包括ZKSNARK驗證。
• 確保驗證過程與區塊鏈現有操作無縫集成。
• 徹底測試實施以確保其正確性和效率。

優化電路

優化Zksnark電路對於確保其在區塊鏈上的實用性至關重要。優化涉及減少電路的大小並提高證明和驗證過程的效率。

• 最小化算術電路中的門和電線的數量。
• 使用高級技術（例如多項式承諾方案）來減少證明的規模。
• 實施批處理技術以驗證單個操作中的多個證明。

確保安全和隱私

確保ZKSNARK電路的安全性和隱私至關重要。該電路必須旨在防止潛在的攻擊和漏洞。

• 進行徹底的安全審核以識別和減輕潛在漏洞。
• 確保可信賴的設置過程是安全的，並且CRS不會受到損害。
• 實施保護證人隱私並防止信息洩漏的措施。

常見問題

問：可以將ZKSNARK電路用於區塊鏈上的任何類型的計算嗎？

答：雖然從理論上講，Zksnark電路可用於任何類型的計算，但它們對於可以有效地表示為算術電路的計算最實用。複雜的計算可能會導致大型電路，這可能是在區塊鏈上實施和驗證的具有挑戰性。

問：受信任的設置過程如何影響ZKSNARKS的安全性？

答：受信任的設置過程對於ZKSNARKS的安全至關重要。如果設置中使用的隨機值受到損害，則可以允許攻擊者進行證明。因此，必須以安全和透明的方式進行設置，通常涉及多個方，以確保沒有任何一個實體能夠損害設置。

問：在區塊鏈上實施Zksnark電路的主要挑戰是什麼？

答：主要挑戰包括生成和驗證證明的計算複雜性，對可信賴的安全設置的需求以及將驗證過程集成到區塊鏈的共識機制中。此外，優化電路以減小其尺寸並提高效率是一個重大挑戰。

問：Zksnarks與其他零知識證明系統（如Zkstarks）相比如何？

答：Zksnarks和Zkstarks都是零知識的證明系統，但它們具有不同的特徵。 Zksnarks需要一個值得信賴的設置，但提供較小的證明尺寸和更快的驗證時間。另一方面，Zkstarks不需要值得信賴的設置，但具有更大的證明尺寸和較慢的驗證時間。它們之間的選擇取決於區塊鏈應用程序的特定要求。