零知识证明

零知识证明是一种密码学技术，用于向另一方证明某个陈述的真实性，而不需要透露陈述的具体内容。在密码学领域，零知识证明已经应用多个方面，与公钥加密、数字签名、身份认证、区块链、隐私计算等技术相结合。

零知识证明种类

  1. 交互式零知识证明
  2. 非交互式零知识证明
    • 基于二次算术程序QAP的零知识证明
    • 基于双向高效交互式证明DEIP的零知识证明
    • 基于内积论证IPA的零知识证明
    • 基于MPC-in-the-head的零知识证明

Snark友好哈希函数

  1. MIMC
  2. POSEIDON

ZKLBS 基于零知识的位置证明

概念

ZKLBS是将零知识证明应用于LBS位置服务中。为了解决个人位置信息泄露可能带来的问题，依据零知识位置证明（zk-PoL）协议，实现了ZKLBS零知识证明项目。

使用场景

ZKLBS项目的使用场景有景区、商家评价、特定地区消费券领取等。在只提供经纬度坐标作为公开参数的情况下，确保参与评价的用户的确抵达过该景区或商家。

等级划分

  • 等级1：这可以用来证明某人在特定时间出现在商家指定的范围内，适用于诸如景点评价授权的情况。在这种情况下，游客必须证明他曾经去过某个旅游区，才能获得评论许可。
  • 等级2：用户公开自己的位置坐标。这可以用来证明某人出现在特定的位置，并且可以应用于场景，例如定点打卡领取优惠券服务，用户需要在特定位置打卡从而得到优惠券。
  • 等级3：用户公开自己的位置坐标以及获取该坐标的时间。这可以用来证明某人在特定的时刻出现在一个特定的地点，可以应用于基于位置的实时推荐，用户必须证明他现在处在一个特定的位置，以获得精确的推荐。
  • 等级4：用户公开自己的位置坐标、获取该坐标的时间以及身份标识。这可以用来证明一个特定的人在特定的时刻出现在特定的地点。例如，嫌疑人需要不在场证明来证明他在特定的时间不在犯罪现场。

创新特色

  • ZKLBS项目基于零知识证明实现LBS位置服务，创新性的将零知识证明应用于位置服务中。能够在不泄露位置关联隐私数据的前提下，实现基于精准位置的LBS服务，解决了传统位置证明服务容易泄露用户隐私的问题。
  • ZKLBS项目实现了四个等级下的基于零知识证明的LBS服务。依据不同等级的需求，用户需要公开不同的数据，进而生成不同的零知识证明完成验证。
  • ZKLBS项目使用三方架构模拟零知识证明过程，包含用户、服务方、验证方，证书序列号、证书生成时间、用户数据摘要都由可信方生成，保证数据无法造假，提升了安全性。
    • 验证方：也就是服务提供方，在验证成功后，验证方可以提供给用户。
    • 可信第三方：提供证书的序列号和时间给用户，提供哈希值给验证方。
    • 用户：获取证书，生成证明，提供给验证方验证，

底层实现

零知识证明基于Groth16协议实现，Groth16是一种高性能的零知识证明算法，通信复杂度和计算复杂度较低。
基于Groth16算法的zkSnark步骤为

  1. Statement：描述证明的目标和业务，并基于目标和业务抽象出计算逻辑。
  2. Circuit：将计算转换为算术电路，即描述计算约束的高级语言程序，
  3. RICS：将电路转换成1阶约束系统。将算术电路编程多个的门电路。
    R1CS模型描述了一组约束，其中每个约束都是形如A * B = C的等式，其中A、B和C是向量，可以是公共输入、私有输入或中间变量。
  4. QAP：将R1CS转换成多项式形式。
    QAP描述了一个多项式关系，其中包含三个多项式：主多项式、辅助多项式和约束多项式。QAP的基本形式如下：P(x) * Q(x) - R(x) = H(x) * Z(x)。
    QAP的主要思想是将证明的生成和验证过程转化为多项式的求解问题。
  5. Setup：设置公共挑战参数等。
    在这个阶段，需要定义系统的安全参数和协议的相关参数。该阶段生成用于ZK-SNARK协议的证明密钥和验证密钥。
  6. Prove：生成证明。
    证明者使用证明密钥、公有输入数据和私有输入数据来生成一个证明，证明该输入数据满足某个声明。
  7. Verify：验证证明。
    验证者使用验证密钥、公有输入数据和证明来验证证明的正确性。验证者可以通过执行一系列的计算步骤来验证证明，而无需了解证明的生成过程。