EthSnarks以太坊混币器【零知识证明】

Miximus是一个用于以太坊区块链的去中心化混币器和匿名转账应用，由EthSnarks作者开发，用于展示零知识证明在以太坊上的实用性。本文介绍Miximus以太坊混币应用的安装使用方法、工作原理和实现细节。

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1、Miximus混币应用概述

利用Miximus混币应用，你可以存入1个ETH，然后利用zkSNARK证据证明你持有这个币的消费密钥，通过验证之后就可以提币了，整个过程保证了匿名性。

Miximus的主要源代码包括：

Miximus.sol
miximus.py
test_miximus.py
miximus.cpp

zkSNARK证明方作为原生库构建，因此可以打包进你的应用，当提供正确的参数后，库会返回JSON格式的zkSNARK证据。你可能会认为zkSNARKs很慢 —— Miximus选择的算法生成证据的平均时间是5秒，不过我们还在研究其安全特征。

2、构建Miximus混币引用

如果在Linux上构建Miximus混币应用，需要先安装以下依赖软件：

cmake 3
g++ or clang++
gmp
libcrypto
boost
npm / nvm

在OSX上需要Brew和nvm：

make git-submodules # Pull sub-repositories
make -C ethsnarks mac-dependencies
make -C ethsnarks python-dependencies
nvm install --lts
make

在Ubuntu上使用如下命令构建：

make git-submodules # Pull sub-repositories
sudo make -C ethsnarks ubuntu-dependencies
make -C ethsnarks python-dependencies
nvm install --lts
make

在CentOS上构建命令如下：

yum install cmake3 boost-devel gmp-devel
nvm install --lts
make git-submodules # Pull sub-repositories
make -C ethsnarks python-dependencies
make CMAKE=cmake3

3、Miximus混币应用的工作原理

假设Alice要给Bob转一个币：

1、Bob给Alice一个只有他自己才知道的密文的哈希 2、Alice使用Miximus智能合约的Deposit()方法向合约存入1个ETH，同时传入Bob给的哈希 3、Alice存入的币插入合约维护的merkle树，在这棵树上所有的币都是1个ETH 4、Bob使用密文生成zkSNARK证据，这可以证明他拥有Miximus合约中对应的币。在证据中包含了不可链接的消费标签，以避免同一个币被两次消费（双花）。 5、Bob使用Miximus合约的Withdraw()方法提交证据和消费标签，如果对应的币还没有被消费，那么Miximus向Bob支付1个ETH

4、Miximus混币应用的实现细节

如果Alice希望给Bob转账，那么她需要Bob提供一个密文哈希。Bob首先生成一个随机密文（随机场成员，按zkSNARK素数取模）：

coin_secret = FQ.random()

随后Bob将密文的哈希发送给Alice：

bobs_leaf = H(coin_secret)  # Generated using `MakeLeafHash()` method of the smart-contract

Alice调用Miximus合约的Deposit()方法存入以太币的同时传入bobs_leaf参数，该参数也是存入的币在Miximus合约中的merkle树上的叶节点。Bob可以通过监听Miximus合约的OnDeposit事件来监听Alice是否已经完成转账。由于只有Bob知道密文，因此只有Bob能够生成正确的zkSNARK证据。

Bob使用leaf_index参数（从OnDeposit事件得到）调用Miximus合约的GetPath()方法提取Alice存入的币对应的merkle树路径，同时使用合约的GetRoot()方法得到合约的merkle树的根节点。

Bob调用Miximus合约的GethExtHash()方法提取其外部哈希external_hash，即合约地址和Bob以太坊地址的哈希。这意味着只有Bob的账户可以向指定合约提交其生成的证据，目的是避免重放攻击及其他恶意行为。

5、zkSNARK电路伪代码

只有external_hash、 nullifier 和merkle_root参数是公开的并且可以在链上查到，其余数据都是zkSNARK证据的私有输入：

def circuit(secret, path_var, address_bits, nullifier, root, external_hash, pub_hash):
   assert H(root, nullifier, external_hash) == pub_hash
   leaf_hash = H(secret) # Prove we know the secret for the leaf
   assert root == merkle_authenticate(path_var, address_bits, leaf_hash) # Prove that leaf exists within the tree
   assert H(address_bits, secret) == nullifier

上述电路可以验证：