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

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
```
snarkjs를 설치합니다.
```
npm install -g snarkjs
```

2. 회로 생성하기

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

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.

multiplier2_js 디렉토리로 이동합니다.
```
cd multiplier2_js
```
아래 내용을 input.json 파일에 저장합니다.
```
{"a": "3", "b": "11"}
```

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.

Powers of tau - 회로에 독립적
Phase 2 - 회로에 의존적

5.1. Powers of Tau

“powers of tau” ceremony 시작

snarkjs powersoftau new bn128 12 pot12_0000.ptau -v

ceremony에 기여

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

5.2. Phase 2

Phase 생성

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

.r1cs 파일과 연관된 .zkey 파일 생성

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

ceremony의 phase 2에 기여

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

검증키 내보내기

snarkjs zkey export verificationkey multiplier2_0001.zkey verification_key.json

5.3. 증명 생성

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

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

Written with StackEdit.

천천히, 제대로

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