利用 EYBlockchain 在以太坊上创建隐私币

前一段时间，介绍了几篇零知识证明文章：入门zkSNARK， 从 QSP 到 QAP，Groth16 算法介绍， 今天这篇文章分享下利用 EYBlockchain 在以太坊上创建隐私币。

前一段时间，介绍了几篇零知识证明文章：[入门zkSNARK](https://learnblockchain.cn/2019/04/18/learn-zkSNARK/)， [从 QSP 到 QAP](https://learnblockchain.cn/2019/05/07/qsp-qap/)，[Groth16 算法介绍](https://learnblockchain.cn/2019/05/27/groth16/)， 今天这篇文章分享下利用 EYBlockchain 在以太坊上创建隐私币。 ## EYBlockchain 简介 EYBlockchain 是在以太坊的基础上，提供隐私交易的能力。EYBlockchain 目前的实现并不是传统意义上的链，并没有修改以太坊的代码。而是在 ZoKrates（以太坊上 [zkSNARKs](https://learnblockchain.cn/2019/04/18/learn-zkSNARK/) 的工具箱）的基础上，利用以太坊上的智能合约，提供了以太坊上的比较完整的隐私交易的服务。在[以太坊智能合约](https://learnblockchain.cn/2018/01/04/understanding-smart-contracts/)中，隐私交易的管理类似[Zcash](https://learnblockchain.cn/2019/05/23/anonymous-coin/)。 EYBlockchain 的源代码为[Nightfall](https://github.com/EYBlockchain/nightfall), 白皮书在[这里](https://img.learnblockchain.cn/pdf/nightfall-v1.pdf) 。 [白皮书](https://img.learnblockchain.cn/pdf/nightfall-v1.pdf) 对 EYBlockchain 的愿景以及实现细节解释的比较清楚。 EYBlockchain 在 `ZoKrates` 的 DSL(Domain Specific Language)的基础上，提供了更人性化一些的语法。ZoKrates 使用 `DSL` 语言，也就是 `.code` 文件描述 R1CS（门电路）。EYBlockchain 使用 `.pcode` 文件，先预处理成 `.code` 文件。EYBlockchain 针对门电路预处理的代码[zokrates-preprocessor](https://github.com/EYBlockchain/zokrates-preprocessor)。 ## 整体框架  EYBlockchain 的核心模块是 `offchain` 和 `ZKP` 。 `offchain` 又分为两个功能模块： `whisper` 提供了 p2p 通讯的能力，pkd（public key directory）存储了公钥。公钥包括两部分：1\. whisper 本身的公钥 2\. 隐私交易的公钥（地址）。简单的说，offchain 模块维护了线下的公钥，并提供了相互查询的功能。 ZKP 是隐私交易的核心模块，在 ZoKrates 的基础上，实现零知识证明的证明和验证服务。EYBlockchain 还提供了 account 模块，实现以太坊地址的生成。非链上的数据都存储在 database 模块中（目前用 MangoDB 实现）。 EYBlockchain 采用的零知识证明的算法是 GM17，也就是在 2017 年发表的[Groth16](https://learnblockchain.cn/2019/05/27/groth16/)的增强版本。 ## EYBlockchain 源代码结构 EYBlockchain 的源代码目录结构如下：  主要包含了一下几个部分： * API-Gateway：API 调用接口。 * accounts：以太坊账户地址创建。 * database：数据存储，用 MangoDB 数据库实现。 * offchain：实现 whisper 以及公钥的管理。 * zkp：隐私交易的核心逻辑，主要是零知识证明和验证的服务。 * ui：示例 UI。 ## 初始设置 在隐私代币生成和流通之前，必须进行初始设置。初始化设置包括两部分： 1. 零知识证明的证明密钥/验证密钥对； 2. 以太坊上部署智能合约。 注意，零知识证明的证明密钥和验证密钥对，必须由可信机制生成。 ### 零知识证明的证明密钥/验证密钥对 EYBlockchain 的隐私操作目前包括 3 个：隐私代币生成，转账和销毁。EYBlockchain 目前支持[ERC20](https://learnblockchain.cn/2018/01/12/create_token/)/[ERC721](https://learnblockchain.cn/2018/03/23/token-erc721/)两种代币，所以目前总共有 6 种操作： `ft-mint` , `ft-transfer` , `ft-burn` , `nft-mint` , `nft-transfer` , `nft-burn` 。 > 注： ft 表示 Fungible Tokens, nft 表示：Non-Fungible Tokens  在生成证明密钥/验证密钥之后，在每个操作目录下会生成几个文件：  * nft-mint-vk.json - 验证密钥的 JSON 文件 * verification.key - 验证密钥的原始数据 * proving.key - 证明密钥 * xxx-mint.pcode - pcode 描述的门电路 * verifier.sol - ZoKrates 生成的零知识验证智能合约。目前已经废弃。所有的零知识验证，通过统一的 GM17.sol 完成。 ### 以太坊智能合约部署 在以太坊上部署如下的智能合约：  **FToken** - EY 发行的[ERC20](https://learnblockchain.cn/2018/01/12/create_token/)的代币合约，EY OPs Coin，简称 OPS。 **FTokenShield** - ERC20 对应的隐私交易合约，管理所有隐私交易信息。 **NFToken** - EY 发行的[ERC721](https://learnblockchain.cn/2018/03/23/token-erc721/)的代币合约，EYToken，简称 EYT。 **NFTokenShield** - ERC721 对应的隐私交易合约，管理所有隐私交易信息。 **GM17** - 零知识验证智能合约。 **Verifier Registry** - 提供两个功能：1\. 所有零知识验证的验证密钥注册 2\. 所有证明信息的存储。 在向 Verifier Registry 注册一个验证密钥后，智能合约会返回一个验证密钥编号（vkId）。 以下以 ERC20 为例，说明隐私交易的生成/转账/销毁逻辑。注意的是，隐私交易涉及的智能合约的交易计算量都比较大，目前代码中建议使用**6500000**的[Gas](https://learnblockchain.cn/2019/06/11/gas-mean/)油费。 ## 隐私代币生成（Mint） 隐私代币生成的过程，就是从非隐私的 OPS 代币，到隐私代币的过程。注意的是，mint 的过程本身并不是隐私的，发起账户和金额都是公开的。  * **Step1** - 通过 ft-mint 的 vkId，生成证明。公开信息为转账金额和（c，pk，r）三元组生成的 hash 值。私有信息为 pk 和 r。r 为随机数。 * **Step2** - 调用 FTokenShield 智能合约的 mint 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。 * **Step3/4** - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。 * **Step5** - 在验证 proof 后，调用 FToken 智能合约，从发起者账户转账到 FTokenShield。 值得一提的是，（c，pk，r）三元组生成的 hash 值，在 FTokenShield 会被组织成 merkle 树。hash 值，也称为 commitment，作为 merkle 树的叶子节点。  ## 隐私代币转账（Transfer） 转账的模型，类似 UTXO 模型。从两个属于同一个账户的隐私交易中（交易金额分别是 c 和 d），生成两个隐私交易：其中一个属于转账对象的（交易金额为 e），另外一个（余额为 f）返回转账发起账户。其中，c+d=e+f。  * **Step1** - 通过 ft-transfer 的 vkId，生成证明。生成 e 和 f 的 commitment，c 和 d 的 nullifier。 * **Step2** - 调用 FTokenShield 智能合约的 transfer 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。 * **Step3/4** - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。 * **Step5** - 通过 whisper 告知转账对象：转账金额 e，随机数 r1，z1 以及在 merkle 树上的叶子的 index。 ## 隐私代币销毁（Burn） 隐私代币的销毁，就是将代币从隐私账户转回普通账户的过程。  * **Step1** - 通过 ft-burn 的 vkId，生成证明。 * **Step2** - 调用 FTokenShield 智能合约的 burn 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。 * **Step3/4** - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。 * **Step5** - 在验证 proof 后，调用 FToken 智能合约，从 FTokenShield 转账到发起者账户。 简单的说，就是在证明拥有某个 commitment 中 pk 指定的 sk 的情况下，可以生成 nullifier。在隐私智能合约中销毁隐私代币后，可以将资产恢复到普通账户。 ## UI 部分 EYBlockchain 还提供了已有功能的简单 UI，方便开发人员验证功能。UI 的界面如下图：  很清楚分为四个部分：EYT（ERC721），EYT 对应的隐私代币，OPS（ERC20），OPS 对应的隐私代币。 ## 总结： EYBlockchain 运行在以太坊上，在 ZoKrates 零知识证明的基础上，利用以太坊上的智能合约提供隐私交易的能力。在智能合约中，隐私交易的管理类似 Zcash。目前，EYBlockchain 在以太坊上发行两种代币：EYT（ERC721）和 OPS（ERC20），并针对这两种代币提供隐私交易的能力。 本文作者 Star Li，公众号**星想法**有很多原创高质量文章，欢迎大家扫码关注。 

前一段时间，介绍了几篇零知识证明文章：入门zkSNARK， 从 QSP 到 QAP，Groth16 算法介绍， 今天这篇文章分享下利用 EYBlockchain 在以太坊上创建隐私币。

EYBlockchain 简介

EYBlockchain 是在以太坊的基础上，提供隐私交易的能力。EYBlockchain 目前的实现并不是传统意义上的链，并没有修改以太坊的代码。而是在 ZoKrates（以太坊上 zkSNARKs 的工具箱）的基础上，利用以太坊上的智能合约，提供了以太坊上的比较完整的隐私交易的服务。在以太坊智能合约中，隐私交易的管理类似Zcash。

EYBlockchain 的源代码为Nightfall, 白皮书在这里 。

白皮书 对 EYBlockchain 的愿景以及实现细节解释的比较清楚。

EYBlockchain 在 ZoKrates 的 DSL(Domain Specific Language)的基础上，提供了更人性化一些的语法。ZoKrates 使用 DSL 语言，也就是 .code 文件描述 R1CS（门电路）。EYBlockchain 使用 .pcode 文件，先预处理成 .code 文件。EYBlockchain 针对门电路预处理的代码zokrates-preprocessor。

整体框架

EYBlockchain 的核心模块是 offchain 和 ZKP 。 offchain 又分为两个功能模块： whisper 提供了 p2p 通讯的能力，pkd（public key directory）存储了公钥。公钥包括两部分：1. whisper 本身的公钥 2. 隐私交易的公钥（地址）。简单的说，offchain 模块维护了线下的公钥，并提供了相互查询的功能。

ZKP 是隐私交易的核心模块，在 ZoKrates 的基础上，实现零知识证明的证明和验证服务。EYBlockchain 还提供了 account 模块，实现以太坊地址的生成。非链上的数据都存储在 database 模块中（目前用 MangoDB 实现）。

EYBlockchain 采用的零知识证明的算法是 GM17，也就是在 2017 年发表的Groth16的增强版本。

EYBlockchain 源代码结构

EYBlockchain 的源代码目录结构如下：

主要包含了一下几个部分：

• API-Gateway：API 调用接口。
• accounts：以太坊账户地址创建。
• database：数据存储，用 MangoDB 数据库实现。
• offchain：实现 whisper 以及公钥的管理。
• zkp：隐私交易的核心逻辑，主要是零知识证明和验证的服务。
• ui：示例 UI。

初始设置

在隐私代币生成和流通之前，必须进行初始设置。初始化设置包括两部分：

1. 零知识证明的证明密钥/验证密钥对；
2. 以太坊上部署智能合约。

注意，零知识证明的证明密钥和验证密钥对，必须由可信机制生成。

零知识证明的证明密钥/验证密钥对

EYBlockchain 的隐私操作目前包括 3 个：隐私代币生成，转账和销毁。EYBlockchain 目前支持ERC20/ERC721两种代币，所以目前总共有 6 种操作： ft-mint , ft-transfer , ft-burn , nft-mint , nft-transfer , nft-burn 。

注： ft 表示 Fungible Tokens, nft 表示：Non-Fungible Tokens

在生成证明密钥/验证密钥之后，在每个操作目录下会生成几个文件：

• nft-mint-vk.json - 验证密钥的 JSON 文件
• verification.key - 验证密钥的原始数据
• proving.key - 证明密钥
• xxx-mint.pcode - pcode 描述的门电路
• verifier.sol - ZoKrates 生成的零知识验证智能合约。目前已经废弃。所有的零知识验证，通过统一的 GM17.sol 完成。

以太坊智能合约部署

在以太坊上部署如下的智能合约：

FToken - EY 发行的ERC20的代币合约，EY OPs Coin，简称 OPS。 FTokenShield - ERC20 对应的隐私交易合约，管理所有隐私交易信息。 NFToken - EY 发行的ERC721的代币合约，EYToken，简称 EYT。 NFTokenShield - ERC721 对应的隐私交易合约，管理所有隐私交易信息。 GM17 - 零知识验证智能合约。 Verifier Registry - 提供两个功能：1. 所有零知识验证的验证密钥注册 2. 所有证明信息的存储。

在向 Verifier Registry 注册一个验证密钥后，智能合约会返回一个验证密钥编号（vkId）。

以下以 ERC20 为例，说明隐私交易的生成/转账/销毁逻辑。注意的是，隐私交易涉及的智能合约的交易计算量都比较大，目前代码中建议使用6500000的Gas油费。

隐私代币生成（Mint）

隐私代币生成的过程，就是从非隐私的 OPS 代币，到隐私代币的过程。注意的是，mint 的过程本身并不是隐私的，发起账户和金额都是公开的。

• Step1 - 通过 ft-mint 的 vkId，生成证明。公开信息为转账金额和（c，pk，r）三元组生成的 hash 值。私有信息为 pk 和 r。r 为随机数。
• Step2 - 调用 FTokenShield 智能合约的 mint 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。
• Step3/4 - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。
• Step5 - 在验证 proof 后，调用 FToken 智能合约，从发起者账户转账到 FTokenShield。

值得一提的是，（c，pk，r）三元组生成的 hash 值，在 FTokenShield 会被组织成 merkle 树。hash 值，也称为 commitment，作为 merkle 树的叶子节点。

隐私代币转账（Transfer）

转账的模型，类似 UTXO 模型。从两个属于同一个账户的隐私交易中（交易金额分别是 c 和 d），生成两个隐私交易：其中一个属于转账对象的（交易金额为 e），另外一个（余额为 f）返回转账发起账户。其中，c+d=e+f。

• Step1 - 通过 ft-transfer 的 vkId，生成证明。生成 e 和 f 的 commitment，c 和 d 的 nullifier。
• Step2 - 调用 FTokenShield 智能合约的 transfer 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。
• Step3/4 - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。
• Step5 - 通过 whisper 告知转账对象：转账金额 e，随机数 r1，z1 以及在 merkle 树上的叶子的 index。

隐私代币销毁（Burn）

隐私代币的销毁，就是将代币从隐私账户转回普通账户的过程。

• Step1 - 通过 ft-burn 的 vkId，生成证明。
• Step2 - 调用 FTokenShield 智能合约的 burn 接口，提交 proof/公开信息以及 vkId。
• Step3/4 - 调用 GM17 以及 Verifier Registry 存储和验证 proof。
• Step5 - 在验证 proof 后，调用 FToken 智能合约，从 FTokenShield 转账到发起者账户。

简单的说，就是在证明拥有某个 commitment 中 pk 指定的 sk 的情况下，可以生成 nullifier。在隐私智能合约中销毁隐私代币后，可以将资产恢复到普通账户。

UI 部分

EYBlockchain 还提供了已有功能的简单 UI，方便开发人员验证功能。UI 的界面如下图：

很清楚分为四个部分：EYT（ERC721），EYT 对应的隐私代币，OPS（ERC20），OPS 对应的隐私代币。

总结：

EYBlockchain 运行在以太坊上，在 ZoKrates 零知识证明的基础上，利用以太坊上的智能合约提供隐私交易的能力。在智能合约中，隐私交易的管理类似 Zcash。目前，EYBlockchain 在以太坊上发行两种代币：EYT（ERC721）和 OPS（ERC20），并针对这两种代币提供隐私交易的能力。

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• 发表于 2019-06-13 15:10
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