Proofs for Inner Pairing Products and Applications代码解析

2023-10-10 20:40

本文主要是介绍Proofs for Inner Pairing Products and Applications代码解析,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

1. 引言

Benedikt Bünz 等人(standford,ethereum,berkeley) 2019年论文《Proofs for Inner Pairing Products and Applications》。

视频介绍:(2020年3月31日)
https://www.youtube.com/watch?v=oYdkGIoHKt0

代码实现:

  • https://github.com/scipr-lab/ripp【本文重点解析本代码库】
  • https://github.com/qope/SIPP(Rust,基于Plonky2和Starky的BN254 pairing以及 ecdsa):在M1 MacBookPro(2021)机器上运行cargo test test_sipp_circuit -r -- --nocapture,基本性能为:【排除circuit building时间,做128个pairing聚合用时约145秒。】
    Aggregating 128 pairings into 1
    Start: cirucit build
    End: circuit build. took 35.545641375s
    Start: proof generation
    End: proof generation. took 145.043526708s
    

注意该代码使用rust stable版本,且低版本可能会报错,建议升级到最新的stable版本:

rustup install stable

代码总体基本结构为:

  • examples:scaling-ipp.rs,执行方式可为cargo run --release --example scaling-ipp 10 20 .
    在这里插入图片描述

  • plot:ipp-scaling.gnuplot为gnuplot脚本,使用examples/scaling-ipp 输出的*.csv作图。

  • src:主源代码。
    – rng.rs:主要实现FiatShamirRng,基于Fiat-Shamir来实现non-interactive proof。【注意,与Merlin实现Fiat-Shamir transform方案有所不同,Merlin transcript是基于STROBE的 封装。Strobe的主要涉及原则为:在任意阶段的密码学输出,除依赖于密钥外,还依赖于之前所有的输入。strobe主要采用对称加密方案,更侧重于简单和安全,而不是速度;noise协议采用非对称加密方案,已在WhatsAPP上落地应用。】(详细参加博客 Merlin——零知识证明(1)理论篇 和博客 strobe——面向IoT物联网应用的密码学协议框架)

/// A `SeedableRng` that refreshes its seed by hashing together the previous seed
/// and the new seed material.
// TODO: later: re-evaluate decision about ChaChaRng
pub struct FiatShamirRng<D: Digest> {r: ChaChaRng,seed: GenericArray<u8, D::OutputSize>,#[doc(hidden)]digest: PhantomData<D>,
}

– lib.rs:实现了论文《Proofs for Inner Pairing Products and Applications》中的SIPP协议。

2. 主要依赖

参见https://github.com/scipr-lab/ripp/blob/master/Cargo.toml中内容,分为[dependencies][dev-dependencies],两者的异同点有:

  • [dev-dependencies]段落的格式等同于[dependencies]段落,
  • 不同之处在于,[dependencies]段落声明的依赖用于构建软件包,
  • 而[dev-dependencies]段落声明的依赖仅用于构建测试和性能评估。
  • 此外,[dev-dependencies]段落声明的依赖不会传递给其他依赖本软件包的项目

[dependencies]依赖主要有:

  • algebra-core = { git = “https://github.com/scipr-lab/zexe”, features = [ “parallel” ] }:为Rust crate that provides generic arithmetic for finite fields and elliptic curves。其中features parallel = [ "std", "rayon" ]
  • rayon:为data-parallelism Rust库。非常轻量,很容易convert a sequential computation into a parallel one。(具体可参加博客 Rayon: data parallelism in Rust)
// sequential iterator
let total_price = stores.iter().map(|store| store.compute_price(&list)).sum();
// parallel iterator
let total_price = stores.par_iter().map(|store| store.compute_price(&list)).sum();
  • rand_core:主要用于实现the core trait:RngCore
  • rand_chacha:为使用ChaCha算法实现的密码学安全的随机数生成器。
  • digest:为https://github.com/RustCrypto/traits中的digest算法。

[dev-dependencies]依赖主要有:

  • blake2:BLAKE2 hash function family库。
  • rand:provides utilities to generate random numbers, to convert them to useful types and distributions, and some randomness-related algorithms.
  • csv:A fast and flexible CSV reader and writer for Rust, with support for Serde.
  • serde = { version = “1”, features = [ “derive” ] }:Serde is a framework for serializing and deserializing Rust data structures efficiently and generically.
  • algebra = { git = “https://github.com/scipr-lab/zexe”, features = [ “bls12_377” ] }:为 Rust crate that provides concrete instantiations of some finite fields and elliptic curves。

3. SIPP协议实现

参见博客 Proofs for Inner Pairing Products and Applications 学习笔记第3.1节“SIPP的构建”。
在这里插入图片描述
lib.rs中的实现为 A ⃗ = { r 1 a 1 , ⋯ , r m a m } , B ⃗ = { b 1 , ⋯ , b m } \vec{A}=\{r_1a_1,\cdots,r_ma_m\},\vec{B}=\{b_1,\cdots,b_m\} A ={r1a1,,rmam},B ={b1,,bm},其中 r i ∈ F r , a i ∈ G 1 , b i ∈ G 2 r_i\in\mathbb{F}_r,a_i\in\mathbb{G}_1,b_i\in\mathbb{G}_2 riFr,aiG1,biG2
在SIPP协议中 A ⃗ , B ⃗ , Z = A ⃗ ∗ B ⃗ = ∏ i = 1 m e ( A i , B i ) \vec{A},\vec{B},Z=\vec{A}*\vec{B}=\prod_{i=1}^{m}e(A_i,B_i) A ,B ,Z=A B =i=1me(Ai,Bi)均为。在实际Verify时,并未逐轮计算 A ⃗ ′ , B ⃗ ′ \vec{A}',\vec{B}' A ,B ,而是将其展开了利用multi_scalar_mul来计算。同时使用FiatShamirRng将interactive proof转为了non-interactive proof。
详细的代码实现为:

  • 初始化 a ⃗ , r ⃗ , B ⃗ \vec{a},\vec{r},\vec{B} a ,r ,B vector信息:
        for _ in 0..32 {a.push(G1Projective::rand(&mut rng).into_affine());b.push(G2Projective::rand(&mut rng).into_affine());r.push(Fr::rand(&mut rng));}
  • 计算 Z = A ⃗ ∗ B ⃗ = ∏ i = 1 m e ( r i a i , B i ) Z=\vec{A}*\vec{B}=\prod_{i=1}^{m}e(r_ia_i,B_i) Z=A B =i=1me(riai,Bi)
let z = product_of_pairings_with_coeffs::<Bls12_377>(&a, &b, &r);/// Compute the product of pairings of `r_i * a_i` and `b_i`.
pub fn product_of_pairings_with_coeffs<E: PairingEngine>(a: &[E::G1Affine],b: &[E::G2Affine],r: &[E::Fr],
) -> E::Fqk {let a = a.into_par_iter().zip(r).map(|(a, r)| a.mul(*r)).collect::<Vec<_>>();let a = E::G1Projective::batch_normalization_into_affine(&a);let elements = a.par_iter().zip(b).map(|(a, b)| (E::G1Prepared::from(*a), E::G2Prepared::from(*b))).collect::<Vec<_>>();let num_chunks = elements.len() / rayon::current_num_threads();let num_chunks = if num_chunks == 0 { elements.len() } else { num_chunks };let ml_result = elements.par_chunks(num_chunks).map(E::miller_loop).product();E::final_exponentiation(&ml_result).unwrap()
}
  • SIPP prove证明:(输入为 a ⃗ , r ⃗ , B ⃗ , Z \vec{a},\vec{r},\vec{B},Z a ,r ,B ,Z
let proof = SIPP::<Bls12_377, Blake2s>::prove(&a, &b, &r, z);/// Produce a proof of the inner pairing product.pub fn prove(a: &[E::G1Affine],b: &[E::G2Affine],r: &[E::Fr],value: E::Fqk) -> Result<Proof<E>, ()> {assert_eq!(a.len(), b.len());// Ensure the order of the input vectors is a power of 2assert_eq!(a.len().count_ones(), 1);let mut length = a.len();assert_eq!(length, b.len());assert_eq!(length.count_ones(), 1);let mut proof_vec = Vec::new();// TODO(psi): should we also input a succinct bilinear group description to the rng?let mut rng = FiatShamirRng::<D>::from_seed(&to_bytes![a, b, r, value].unwrap());let a = a.into_par_iter().zip(r).map(|(a, r)| a.mul(*r)).collect::<Vec<_>>();let mut a = E::G1Projective::batch_normalization_into_affine(&a);let mut b = b.to_vec();while length != 1 {length /= 2;let a_l = &a[..length];let a_r = &a[length..];let b_l = &b[..length];let b_r = &b[length..];let z_l = product_of_pairings::<E>(a_r, b_l);let z_r = product_of_pairings::<E>(a_l, b_r);proof_vec.push((z_l, z_r));rng.absorb(&to_bytes![z_l, z_r].unwrap());let x: E::Fr = u128::rand(&mut rng).into();let a_proj = a_l.par_iter().zip(a_r).map(|(a_l, a_r)| {let mut temp = a_r.mul(x);temp.add_assign_mixed(a_l);temp}).collect::<Vec<_>>();a = E::G1Projective::batch_normalization_into_affine(&a_proj);let x_inv = x.inverse().unwrap();let b_proj = b_l.par_iter().zip(b_r).map(|(b_l, b_r)| {let mut temp = b_r.mul(x_inv);temp.add_assign_mixed(b_l);temp}).collect::<Vec<_>>();b = E::G2Projective::batch_normalization_into_affine(&b_proj);}Ok(Proof {gt_elems: proof_vec})}
  • SIPP verify 验证:(输入为 a ⃗ , r ⃗ , B ⃗ , Z , p r o o f ⃗ \vec{a},\vec{r},\vec{B},Z,\vec{proof} a ,r ,B ,Z,proof
let accept = SIPP::<Bls12_377, Blake2s>::verify(&a, &b, &r, z, &proof);/// Verify an inner-pairing-product proof.pub fn verify(a: &[E::G1Affine],b: &[E::G2Affine],r: &[E::Fr],claimed_value: E::Fqk,proof: &Proof<E>) -> Result<bool, ()> {// Ensure the order of the input vectors is a power of 2let length = a.len();assert_eq!(length.count_ones(), 1);assert!(length >= 2);assert_eq!(length, b.len());// Ensure there are the correct number of proof elementslet proof_len = proof.gt_elems.len();assert_eq!(proof_len as f32, f32::log2(length as f32));// TODO(psi): should we also input a succinct bilinear group description to the rng?let mut rng = FiatShamirRng::<D>::from_seed(&to_bytes![a, b, r, claimed_value].unwrap());let x_s = proof.gt_elems.iter().map(|(z_l, z_r)| {rng.absorb(&to_bytes![z_l, z_r].unwrap());let x: E::Fr = u128::rand(&mut rng).into();x}).collect::<Vec<_>>();let mut x_invs = x_s.clone();algebra_core::batch_inversion(&mut x_invs);let z_prime = claimed_value * &proof.gt_elems.par_iter().zip(&x_s).zip(&x_invs).map(|(((z_l, z_r), x), x_inv)| {z_l.pow(x.into_repr()) * &z_r.pow(x_inv.into_repr())}).reduce(|| E::Fqk::one(), |a, b| a * &b);let mut s: Vec<E::Fr> = vec![E::Fr::one(); length];let mut s_invs: Vec<E::Fr> = vec![E::Fr::one(); length];// TODO(psi): batch verifyfor (j, (x, x_inv)) in x_s.into_iter().zip(x_invs).enumerate() {for i in 0..length {if i & (1 << (proof_len - j - 1)) != 0 {s[i] *= &x;s_invs[i] *= &x_inv;}}}let s = s.into_iter().zip(r).map(|(x, r)| (x * r).into_repr()).collect::<Vec<_>>();let s_invs = s_invs.iter().map(|x_inv| x_inv.into_repr()).collect::<Vec<_>>();let a_prime = VariableBaseMSM::multi_scalar_mul(&a, &s);let b_prime = VariableBaseMSM::multi_scalar_mul(&b, &s_invs);let accept = E::pairing(a_prime, b_prime) == z_prime;Ok(accept)}
}

这篇关于Proofs for Inner Pairing Products and Applications代码解析的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/182962

相关文章

Python使用Tenacity一行代码实现自动重试详解

《Python使用Tenacity一行代码实现自动重试详解》tenacity是一个专为Python设计的通用重试库,它的核心理念就是用简单、清晰的方式,为任何可能失败的操作添加重试能力,下面我们就来看... 目录一切始于一个简单的 API 调用Tenacity 入门:一行代码实现优雅重试精细控制:让重试按我

深度解析Spring Security 中的 SecurityFilterChain核心功能

《深度解析SpringSecurity中的SecurityFilterChain核心功能》SecurityFilterChain通过组件化配置、类型安全路径匹配、多链协同三大特性,重构了Spri... 目录Spring Security 中的SecurityFilterChain深度解析一、Security

全面解析Golang 中的 Gorilla CORS 中间件正确用法

《全面解析Golang中的GorillaCORS中间件正确用法》Golang中使用gorilla/mux路由器配合rs/cors中间件库可以优雅地解决这个问题,然而,很多人刚开始使用时会遇到配... 目录如何让 golang 中的 Gorilla CORS 中间件正确工作一、基础依赖二、错误用法(很多人一开

Mysql中设计数据表的过程解析

《Mysql中设计数据表的过程解析》数据库约束通过NOTNULL、UNIQUE、DEFAULT、主键和外键等规则保障数据完整性,自动校验数据,减少人工错误,提升数据一致性和业务逻辑严谨性,本文介绍My... 目录1.引言2.NOT NULL——制定某列不可以存储NULL值2.UNIQUE——保证某一列的每一

深度解析Nginx日志分析与499状态码问题解决

《深度解析Nginx日志分析与499状态码问题解决》在Web服务器运维和性能优化过程中,Nginx日志是排查问题的重要依据,本文将围绕Nginx日志分析、499状态码的成因、排查方法及解决方案展开讨论... 目录前言1. Nginx日志基础1.1 Nginx日志存放位置1.2 Nginx日志格式2. 499

MySQL CTE (Common Table Expressions)示例全解析

《MySQLCTE(CommonTableExpressions)示例全解析》MySQL8.0引入CTE,支持递归查询,可创建临时命名结果集,提升复杂查询的可读性与维护性,适用于层次结构数据处... 目录基本语法CTE 主要特点非递归 CTE简单 CTE 示例多 CTE 示例递归 CTE基本递归 CTE 结

Spring Boot 3.x 中 WebClient 示例详解析

《SpringBoot3.x中WebClient示例详解析》SpringBoot3.x中WebClient是响应式HTTP客户端,替代RestTemplate,支持异步非阻塞请求,涵盖GET... 目录Spring Boot 3.x 中 WebClient 全面详解及示例1. WebClient 简介2.

在MySQL中实现冷热数据分离的方法及使用场景底层原理解析

《在MySQL中实现冷热数据分离的方法及使用场景底层原理解析》MySQL冷热数据分离通过分表/分区策略、数据归档和索引优化,将频繁访问的热数据与冷数据分开存储,提升查询效率并降低存储成本,适用于高并发... 目录实现冷热数据分离1. 分表策略2. 使用分区表3. 数据归档与迁移在mysql中实现冷热数据分

C#解析JSON数据全攻略指南

《C#解析JSON数据全攻略指南》这篇文章主要为大家详细介绍了使用C#解析JSON数据全攻略指南,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录一、为什么jsON是C#开发必修课?二、四步搞定网络JSON数据1. 获取数据 - HttpClient最佳实践2. 动态解析 - 快速

Spring Boot3.0新特性全面解析与应用实战

《SpringBoot3.0新特性全面解析与应用实战》SpringBoot3.0作为Spring生态系统的一个重要里程碑,带来了众多令人兴奋的新特性和改进,本文将深入解析SpringBoot3.0的... 目录核心变化概览Java版本要求提升迁移至Jakarta EE重要新特性详解1. Native Ima