zk-client
zk-client-python
ZK-BAC Python钱包服务
1.1 功能
Python钱包服务以Django服务框架为基础，使用fisco python sdk与fisco节点交互和使用GRPC与零知识证明计算服务Prover_server交互， 为用户提供账号（包括fisco账号和匿名账号）创建，资产（包括bac token和匿名资产commits）管理，匿名交易，智能合约（包括Bac001合约和Groth16mixer合约）调用和查询交易记录等服务。 其中，匿名交易包括：
- 将bac token存入到Groth16mixer合约，生成匿名资产commits（一次最多生成两个）；
- 向匿名账号转账（一次最多指定两个匿名账号）；
- 从Groth16mixer合约提取匿名资产为bac token。
此服务提供BAC的匿名转账功能； 1 生成ZKBAC地址（匿名转账所需的地址）和fisco地址（公开转账需要） 2 存入资产（从fisco地址转移BAC到匿名转账合约地址以生成UTXO到ZKBAC地址），ZKBAC地址获取utxo 3 转账 （ZKBAC地址互转，全匿名） 4 取出资产 （从ZKBAC地址转移到fisco地址）
1.2 部署
此服务需配合prover服务一起使用。
- 环境要求：Python 3.7， gcc，mysql
1.2.1 zkclient搭建
1 拉取代码： git clone https://github.com/yanyanho/zk-client.git 2 进入zk-client目录 pip install -r requirements.txt 安装相关python库
3 拷贝fisco节点sdk证书到python_web3/bin目录下 4 在./commands/constants.py中配置prover_server，fisco节点，mysql服务器的地址，端口和数据库等信息:
FISCO_RPC_ENDPOINT_DEFAULT = http://119.23.46.126:8545（Fisco节点的地址）
PROVER_SERVER_ENDPOINT_DEFAULT = "116.85.72.123:50051"（PROVER_SERVER的地址）
DATABASE_DEFAULT_ADDRESS = "39.108.248.156"（数据库地址）
DATABASE_DEFAULT_PORT = 3306（数据库端口）
DATABASE_DEFAULT_USER = "root"（数据库用户名）
DATABASE_DEFAULT_PASSWORD = "******"（数据库密码）
DATABASE_DEFAULT_DATABASE = "zk_test"（数据库名字）
5 创建数据库以及初始化表： create database zk_test（这里的数据库名字与配置文件中的数据库名字DATABASE_DEFAULT_DATABASE一致） use zk_test 使用create_tables.sql文件中的sql语句创建表
6 数据库初始化完成后：
python manage.py runserver 0.0.0.0:5002
#启动django服务（如果python命令默认是python2，请使用python3命令）
1.2.2 prover搭建
1 获取镜像： zkbac-dev:latest 2 docker run -ti -p 50051:50051 zkbac-dev:latest 3 cd build && ./prover_server/prover_server
1.3 原理介绍
可以参考
zkbac采用utxo模型
针对每笔utxo对应一个commit（即utxo的hash），nullifer为作废的commit。
1.3.1 基本概念：
- 匿名地址：
每个用户有一个地址
0874eff170f7036b7cd4f7a95951d8efd7a42fe831b3bf9a6e4baeb22da6e2b5:ef4485c99d6f719631184c1d57db3658d2c9abfbc46e9be0026e8aadf154af21
第一段为apk接受地址
第二段为pkenc，用户传输，加密note原文
apk The paying key
ask The spending key
pkenc The transmission key
skenc The receiving key
ownership_keypair：（apk,ask）
Returns a_pk = blake2s(1100 || [a_sk]_250 || 0^254)
-
zethnote(utxo具体数据结构): ZethNote(apk=apk, value=value, rho=rho, trap_r=r) apk 地址，vlaue 金额 trap_r 随机数， rho 关联commit 和nullifier
-
针对note的commit: commit: compute_commitment inner_k = blake2s(r || a_pk || rho || V)
-
rho: Returns rho_i = blake2s(0 || i || 10 || [phi]_252 || hsig）
-
针对commit的nullifier: nullifier: Returns nf = blake2s(1110 || [a_sk]_252 || rho)
-
hsig：关联nullifier和commit hsig: Compute h_sig = sha256(nf0 || nf1 || sign_vk)
1.3.2 zkclient计算流程：
以存入资产为例： 1 构造outputnote: (apk,value) 2 如果input note 输入不够2个 ，构造混淆inputnote， 并计算input zethnote的merkel路径 mkpath:
dummy_note = ZethNote(
apk=ownership_key_as_hex(a_pk),
value=ZERO_UNITS_HEX,
rho=get_dummy_rho(),
trap_r=trap_r_randomness())
// 随机生成一个加密密钥对，用于加密input note原文
dummy_k_pk = generate_encryption_keypair().k_pk
dummy_addr_pk = ZethAddressPub(sender_a_pk, dummy_k_pk)
3 此时inputnote(apk,value,rho,trap_r) 和 outputnote（apk,value）已经建好。下面开始构造joinsplit
产生一次性的签名密钥（schnorr签名）用于签名joinsplit
signing_keypair= signing.gen_signing_keypair()
4 根据inputnote计算nullifier compute_nullifier： Returns nf = poseidon(1010 || [a_sk]_250 || rho)
non_zero_a_sk = binary_a_sk[index:]
a_sk_254 = non_zero_a_sk.zfill(254)
first_250bits_ask = a_sk_254[:250]
left_leg_bin = "1010" + first_250bits_ask
5 构造JoinsplitInput，数据结构如下：
JoinsplitInput( merkle_path=merkle_path, address=input_address, note=input_note, spending_ask=ownership_key_as_hex(a_sk), nullifier=input_nullifier0)
6 计算hsig ，主要防止交易重新被锻造攻击 一次性签名密钥的signing_keypair.vk Compute h_sig = sha256(nf0 || nf1 || sign_vk)
h_sig = compute_h_sig_cb(
input_nullifier0,
input_nullifier1,
sign_vk)
7 生成随机数phi , 用于产生nullifierd的rho。 给output note加上 rho和trap_r
phi = _phi_randomness() 32字节随机数
8 计算output note的rho， trap_r.
Returns rho_i = poseidon(0 || i || 10 || [phi]_250 || hsig)
trap_r产生随机数即可.
此时output note 的rho和 trap_r 产生好了。
9 产生proofinput发送给prover:
ProofInputs(
mk_roots=merkle_roots,
js_inputs=js_inputs,
js_outputs=js_outputs,
pub_in_value=int64_to_hex(public_in_value_zeth_units),
pub_out_value=int64_to_hex(public_out_value_zeth_units),
h_sig=h_sig.hex(),
phi=phi)
其中
js_inputs ：
JoinsplitInput(
merkle_path=merkle_path,
address=address,
note=note,
spending_ask=ownership_key_as_hex(a_sk),
nullifier=nullifier.hex())
js_output :
ZethNote(apk,value,rho,trap_r)
10 获取proof后，加密outputnote。 用接收者的k_pk。
_encrypt_note ，先ec25519随机产生一对公私钥对， 私钥乘接收者的k_pk(kdf), 计算共享密钥。 加密后，把临时公钥放在加密消息体头ciphertexts。 后续接收者接受event解密ciphertexts。获取outputnote
11 最后对整个joinsplit进行签名： 防止transaction malleability，
schnorr签名私钥
joinsplit_sign(
signing_keypair: JoinsplitSigKeyPair,
sender_eth_address: str,
ciphertexts: List[bytes],
proof_json: GenericProof,
)
主要签名
- senders Ethereum address
- ciphertexts
- proof elements
- public input elements
12 计算出mixparameter，然后调用
mix_params = contracts.MixParameters(
proof_json,
signing_keypair.vk,
signature,
ciphertexts)
13 event监听逻辑 , 解析event事件 emit LogMix(mid,new_merkle_root,nullifiers,commitments,ciphertexts);
1 获取commit,更新merkel树 2 用自己私钥解密ciphertexts，解出来即自己的note 3 计算note的commit inner_k = poseidon(r || a_pk[:94] || rho[:94] || v) 检查跟event的commit跟本地算的是否一致 4 检查nullifier Returns nf = poseidon(1010 || [a_sk]250 || rho) 将note信息存入note{username}文件
{
"note": {
"a_pk": "0874eff170f7036b7cd4f7a95951d8efd7a42fe831b3bf9a6e4baeb22da6e2b5",
"value": "0000000000989680",
"rho": "2368d3071623cd22ec7b1d8af25e8a4795754e58803123ea815788984c49e248",
"trap_r": "09f48f0880dd6e7c32a8f637bf76d6eb02beca3122f73258bd8b53c3c6406146"
},
"mid": "2",
"address": "25",
"commitment": "2489ca939dea145d2ae9ed365a26ed6643ec4a800246fc0b772984270868ba46"
}
5 修改state_{username}文件
nullifier_map": {
"11879b2216ef1f7a96e989b0e2a291389c91aa9084213575f8a36d8c9d3e4052": "0517deca"}
6 将note文件移动到spent
1.3.3 合约部分计算流程：
主要Groth16Mixer.sol
构造函数传入zksnark 的verifyKey
constructor(
uint256 mk_depth,
address token,
address poseidonAddress,
uint256[2] memory Alpha,
uint256[2] memory Beta1,
uint256[2] memory Beta2,
uint256[2] memory Delta1,
uint256[2] memory Delta2,
uint256[] memory ABC_coords)
BaseMixer(mk_depth, token, poseidonAddress)
mix函数逻辑
mix(
uint256[2] memory a,
uint256[4] memory b,
uint256[2] memory c,
uint256[4] memory vk,
uint256 sigma,
uint256[nbInputs] memory input,
bytes[jsOut] memory ciphertexts)
- 检验nullifier和 hsig
- schnorr签名内容 joinsplit
- 零知识versify
- 新commit插入merkel树
- 发送事件
emit LogMix(
mid,
new_merkle_root,
nullifiers,
commitments,
ciphertexts); - 处理公开转账
proof中input数组的编码规则
// ====================================================================== //
// Reminder: Remember that the primary inputs are ordered as follows:
//
// [Root, CommitmentS, NullifierS, h_sig, h_iS, Residual Field Element(S)]
//
// ie, below is the index mapping of the primary input elements on the
// protoboard:
//
// - Index of the "Root" field elements: {0}
// - Index of the "CommitmentS" field elements: [1, 1 + NumOutputs[
// - Index of the "NullifierS" field elements:
// [1 + NumOutputs, 1 + NumOutputs + NumInputs[
// - Index of the "h_sig" field element: {1 + NumOutputs + NumInputs}
// - Index of the "Message Authentication TagS" (h_i) field elements:
// [1 + NumOutputs + NumInputs + 1,
// 1 + NumOutputs + NumInputs + 1 + NumInputs[
// - Index of the "Residual Field Element(s)" field elements:
// [1 + NumOutputs + NumInputs + 1 + NumInputs,
// 1 + NumOutputs + NumInputs + 1 + NumInputs + nb_field_residual[
//
// The Residual field elements are structured as follows:
// - v_pub_in [0, public_value_length[
// - v_pub_out [public_value_length, 2*public_value_length[
// - h_sig remaining bits
// [2*public_value_length,
// 2*public_value_length + (digest_length-field_capacity)[
// - nullifierS remaining bits:
// [2*public_value_length + (digest_length-field_capacity),
// 2*public_value_length + (1+NumInputs)*(digest_length-field_capacity)[
// - message authentication tagS remaining bits:
// [2*public_value_length + (1+NumInputs)*(digest_length-field_capacity),
// 2*public_value_length + (1+2*NumInputs)*(digest_length-field_capacity)]
// ============================================================================================ //