Circom 예제로 영지식 증명 시작하기 (1)

Circom 2 Getting started 문서를 따라하면서 작성한 문서입니다.

실습 환경:

• Windows 11
• Node.js v20.18.0
• circom compiler 2.1.9
• snarkjs@0.7.5

1. 소프트웨어 설치

1. Downloads 페이지에서 circom Windows binary를 클릭하고 파일 circom-windows-amd64.exe 를 원하는 디렉토리에 저장합니다. 파일 크기는 약 10MB입니다. 여기서는 파일 이름을 circom.exe로 바꾸고 아래 경로에 저장합니다.

   C:\DevTools\circom.exe
   

2. snarkjs를 설치합니다.

   npm install -g snarkjs
   

2. 회로 생성하기

1. 아래 내용을 multiplier2.circom 에 저장합니다.

   pragma circom 2.0.0;
   
   /*This circuit template checks that c is the multiplication of a and b.*/  
   
   template Multiplier2 () {
      // Declaration of signals.
      signal input a;
      signal input b;
      signal output c;
   
      // Constraints.
      c <== a * b;
   }
   
   component main = Multiplier2();
   

3. 회로 컴파일하기

1. multiplier2.circom 파일을 컴파일합니다.

   circom multiplier2.circom --r1cs --wasm --sym --c
   

   컴파일 결과 다음과 같은 파일들이 생성됩니다.

   multiplier2.r1cs
   multiplier2.sym
   multiplier2_cpp\
       calcwit.cpp
       calcwit.hpp
       circom.hpp
       fr.asm
       fr.cpp
       fr.hpp
       main.cpp
       Makefile
       multiplier2.cpp
       multiplier2.dat
   multiplier2_js\
       generate_witness.js
       multiplier2.wasm
       witness_calculator.js
   

4. witness 계산하기

입력 값, 중간 신호, 출력 값을 witness라고 합니다.

1. multiplier2_js 디렉토리로 이동합니다.

   cd multiplier2_js
   

2. 아래 내용을 input.json 파일에 저장합니다.

   {"a": "3", "b": "11"}
   

3. witness를 계산하여 witness.wtns 파일에 저장합니다.

   node generate_witness.js multiplier2.wasm input.json witness.wtns
   

5. 회로를 영지식으로 증명하기

증명을 생성하기 위하여 아래 두 파일을 사용합니다.

• multiplier2.r1cs: 회로를 기술하는 제약사항 포함
• witness.wtns: 모든 계산된 신호 값 포함

여기서는 Groth16 zk-SNARK 프로토콜을 사용하고자 합니다. 이 프로토콜은 trusted setup을 필요로 하고 이 과정은 두 단계로 구성됩니다.

1. Powers of tau - 회로에 독립적
2. Phase 2 - 회로에 의존적

5.1. Powers of Tau

1. “powers of tau” ceremony 시작

   snarkjs powersoftau new bn128 12 pot12_0000.ptau -v
   

2. ceremony에 기여

   snarkjs powersoftau contribute pot12_0000.ptau pot12_0001.ptau --name="First contribution" -v
   

5.2. Phase 2

1. Phase 생성

   snarkjs powersoftau prepare phase2 pot12_0001.ptau pot12_final.ptau -v
   

2. .r1cs 파일과 연관된 .zkey 파일 생성

   snarkjs groth16 setup ..\multiplier2.r1cs pot12_final.ptau multiplier2_0000.zkey
   

3. ceremony의 phase 2에 기여

   snarkjs zkey contribute multiplier2_0000.zkey multiplier2_0001.zkey --name="1st Contributor Name" -v
   

4. 검증키 내보내기

   snarkjs zkey export verificationkey multiplier2_0001.zkey verification_key.json
   

5.3. 증명 생성

1. 회로 및 witness와 연관된 증명을 생성합니다.

   snarkjs groth16 prove multiplier2_0001.zkey witness.wtns proof.json public.json
   

   위 명령은 다음 두 파일을 생성합니다.

   • proof.json: 증명 포함

     {
      "pi_a": [
       "13983182679953556458842508347137149918023927201985471435159758927740558853016",
       "17126988695844741179284716898691257368385629126542168835554345497343624722940",
       "1"
      ],
      "pi_b": [
       [
        "19140696255248677436910729284929621534969442224058440363361064354121562854264",
        "14257009146984576436317952378148206632799369157719061977972167958840456095938"
       ],
       [
        "7733560110556055181607998374149392520454003067800483949057392794063019344423",
        "2891268127818819654691304244486325795969498402824384674233464052246905803426"
       ],
       [
        "1",
        "0"
       ]
      ],
      "pi_c": [
       "21608704327549608970596366226125688092932784974035385756433099903167703539664",
       "19614360261086173764968380312474156102058426242974580364381559870892304372835",
       "1"
      ],
      "protocol": "groth16",
      "curve": "bn128"
     }
     

   • public.json: 공개 입력 및 출력 값 포함

     [
     	"33"
     ]
     

5.4. 증명 검증

1. 아래 명령을 수행하여 증명을 검증합니다.

   snarkjs groth16 verify verification_key.json public.json proof.json
   

   위 명령의 수행 결과는 다음과 같습니다.

   [INFO]  snarkJS: OK!
   

6. 정리

실습을 정상적으로 마쳤을 때 multiplier2_js 디렉토리의 파일 목록은 다음과 같습니다.

generate_witness.js
input.json
multiplier2.wasm
multiplier2_0000.zkey
multiplier2_0001.zkey
pot12_0000.ptau
pot12_0001.ptau
pot12_final.ptau
proof.json
public.json
verification_key.json
witness.wtns
witness_calculator.js

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