📜 [專欄新文章] ZKP 與智能合約的開發入門

✍️ Johnson

📥 歡迎投稿： https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium

這篇文章將以程式碼範例，說明 Zero Knowledge Proofs 與智能合約的結合，能夠為以太坊的生態系帶來什麼創新的應用。

本文為 Tornado Cash 研究系列的 Part 2，本系列以 tornado-core 為教材，學習開發 ZKP 的應用，另兩篇為：

Part 1：Merkle Tree in JavaScript

Part 3：Tornado Cash 實例解析

Special thanks to C.C. Liang for review and enlightenment.

近十年來最強大的密碼學科技可能就是零知識證明，或稱 zk-SNARKs (zero knowledge succinct arguments of knowledge)。

zk-SNARKs 可以將某個能得出特定結果 (output) 的計算過程 (computation)，產出一個證明，而儘管計算過程可能非常耗時，這個證明卻可以快速的被驗證。

此外，零知識證明的額外特色是：你可以在不告訴對方輸入值 (input) 的情況下，證明你確實經過了某個計算過程並得到了結果。

上述來自 Vitalik’s An approximate introduction to how zk-SNARKs are possible 文章的首段，該文說是給具有 “medium level” 數學程度的人解釋 zk-SNARKs 的運作原理。（可惜我還是看不懂 QQ）

本文則是從零知識證明 (ZKP) 應用開發的角度，結合電路 (circuit) 與智能合約的程式碼來說明 ZKP 可以為既有的以太坊智能合約帶來什麼創新的突破。

基本上可以謹記兩點 ZKP 帶來的效果：

1. 擴容：鏈下計算的功能。
2. 隱私：隱藏秘密的功能。

WithoutZK.sol

首先，讓我們先來看一段沒有任何 ZKP 的智能合約：

這份合約的主軸在 process()，我們向它輸入一個秘密值 secret，經過一段計算過程後會與 answer 比對，如果驗證成功就會改寫變數 greeting 為 “answer to the ultimate question of life, the universe, and everything”。

Computation

而計算過程是一個簡單的函式：f(x) = x**2 + 6。

我們可以輕易推出秘密就是 42。

這個計算過程有很多可能的輸入值 (input) 與輸出值 (output)：
f(2) = 10
f(3) = 15
f(4) = 22
…

但是能通過驗證的只有當輸出值和我們存放在合約的資料 answer 一樣時，才會驗證成功，並執行 process 的動作。

可以看到有一個 calculate 函式，說明這份合約在鏈上進行的計算，以及 process 需要輸入參數 _secret，而我們知道合約上所有交易都是公開的，所以這個 _secret 可以輕易在 etherscan 上被看到。

從這個簡單的合約中我們看到 ZKP 可以解決的兩個痛點：鏈下計算與隱藏秘密。

Circuits

接下來我們就改寫這份合約，加入 ZKP 的電路語言 circom，使用者就能用他的 secret 在鏈下進行計算後產生一個 proof，這 proof 就不會揭露有關 secret 的資訊，同時證明了當 secret 丟入 f(x) = x**2 + 6 的計算過程後會得出 1770 的結果 (output)，把這個 proof 丟入 process 的參數中，經過 Verifier 的驗證即可執行 process 的內容。

有關電路 circuits 的環境配置，可以參考 ZKP Hello World，這裡我們就先跳過去，直接來看 circom 的程式碼：

template Square() { signal input in; signal output out; out <== in * in;}template Add() { signal input in; signal output out; out <== in + 6;}template Calculator() { signal private input secret; signal output out; component square = Square(); component add = Add(); square.in <== secret; add.in <== square.out; out <== add.out;}component main = Calculator();

這段就是 f(x) = x**2 + 6 在 circom 上的寫法，可能需要時間去感受一下。

ZK.sol

circom 寫好後，可以產生一個 Verifier.sol 的合約，這個合約會有一個函式 verifyProof，於是我們把上方的合約改寫成使用 ZKP 的樣子：

我們可以發現 ZK 合約少了 calculate 函式，顯然 f(x) = x**2 + 6 已經被我們寫到電路上了。

snarkjs

產生證明的程式碼以 javascript 寫成如下：

let { proof, publicSignals } = await groth16.fullProve(input, wasmPath, zkeyPath);

於是提交 proof 給合約，完成驗證，達到所謂鏈下計算的功能。

最後讓我們完整看一段 javascript 的單元測試，使用 snarkjs 來產生證明，對合約的 process 進行測試：

對合約來說， secret = 42 是完全不知情的，因此隱藏了秘密。

publicSignals

之前不太清楚 publicSignals 的用意，因此在這裡特別說明一下。

基本上在產生證明的同時，也會隨帶產生這個 circom 所有的 public 值，也就是 publicSignals，如下：

let { proof, publicSignals } = await groth16.fullProve(input, wasmPath, zkeyPath);

在我們的例子中 publicSignals 只有一個，就是 1770。

而 verifyProof 要輸入的參數除了 proof 之外，也要填入 public 值，簡單來說會是：

const isValid = verifyProof(proof, publicSignals);

問題來了，我們在設計應用邏輯時，當使用者要提交參數進行驗證的時候，publicSignals 會是由「使用者」填入嗎？或者是說，儘管是使用者填入，那它需不需要先經過檢查，才可以填入 verifyProof？

關鍵在於我們的合約上存有一筆資料：answer = 1770

回頭看合約上的 process 在進行 verifyProof 之前，必須要檢查 isAnswer(publicSignals[0])：

想想要是沒有檢查 isAnswer，這份合約會發生什麼事情？

我們的應用邏輯就會變得毫無意義，因為少了要驗證的答案，就只是完成計算 f(42) = 1770，那麼不論是 f(1) = 7 或 f(2) = 10，使用者都可以自己產生證明與結果，自己把 proof 和 publicSignals 填入 verifyProof 的參數中，都會通過驗證。

至此可以看出，ZKP 只有把「計算過程」抽離到鏈下的電路，計算後的結果仍需要與鏈上既有的資料進行比對與確認後，才能算是有效的應用 ZKP。

應用邏輯的開發

本文主要談到的是 zk-SNARKs 上層應用邏輯的開發，關於 ZKP 的底層邏輯如上述使用的 groth16 或其他如 plonk 是本文打算忽略掉的部分。

從上述的例子可以看到，即使我們努力用 circom 實作藏住 secret，但由於計算過程太過簡單，只有 f(x) = x**2+6，輕易就能從 answer 反推出我們的 secret 是 42，因此在應用邏輯的開發上，也必須注意 circom 的設計可能出了問題，導致私密訊息容易外洩，那儘管使用再強的 ZKP 底層邏輯，在應用邏輯上有漏洞，也沒辦法達到隱藏秘密的效果。

此外，在看 circom 的程式碼時，可以關注最後一個 template 的 private 與 public 值分別是什麼。以本文的 Calculator 為例，private 值有 secret，public 值有 out。

另外補充：

如果有個 signal input 但它不是 private input，就會被歸類為 public。

一個 circuit 至少會有一個 public，因為計算過程一定會有一個結果。

最後，在開發的過程中我會用 javascript 先實作計算過程，也可以順便產出 input.json，然後再用 circom 語言把計算過程實現，產生 proof 和 public 後，再去對照所有 public 值和 private 值，確認是不是符合電路計算後所要的結果，也就是比較 javascript 算出來的和 circom 算出來的一不一樣，如果不一樣就能確定程式碼是有 bug 的。

參考範例：https://github.com/chnejohnson/circom-playground

總結

本文的程式碼展現 ZKP 可以做到鏈下計算與隱藏秘密的功能，在真實專案中，可想而知電路的計算過程不會這麼單純。

會出現在真實專案中的計算像是 hash function，複雜一點會加入 Merkle Tree，或是電子簽章 EdDSA，於是就能產生更完整的應用如 Layer 2 擴容方案之一的 ZK Rollup，或是做到匿名交易的 Tornado Cash。

本文原始碼：https://github.com/chnejohnson/mini-zkp

下篇文章就來分享 Tornado Cash 是如何利用 ZKP 達成匿名交易的！

參考資料

概念介紹

Cryptography Playground

zk-SNARKs-Explainer

神奇的零知識證明！既能保守秘密，又讓別人信你！

認識零知識證明 — COSCUP 2019 | Youtube

應用零知識證明 — COSCUP 2020 | Youtube

ZK Rollup

動手實做零知識 — circom — Kimi

ZK-Rollup 开发经验分享 Part I — Fluidex

ZkRollup Tutorial

ZK Rollup & Optimistic Rollup — Kimi Wu | Medium

Circom

circom/TUTORIAL.md at master · iden3/circom · GitHub

ZKP Hello World

其他

深入瞭解 zk-SNARKs

瞭解神秘的 ZK-STARKs

zk-SNARKs和zk-STARKs解釋 | Binance Academy

[ZKP 讀書會] MACI

Semaphore

Zero-knowledge Virtual Machines, the Polaris License, and Vendor Lock-in | by Koh Wei Jie

Introduction & Evolution of ZK Ecosystem — YouTube

The Limitations of Privacy — Barry Whitehat — YouTube

Introduction to Zero Knowledge Proofs — Elena Nadolinski

ZKP 與智能合約的開發入門 was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

👏 歡迎轉載分享鼓掌

從數據洞見到成效優化　加速工廠智慧轉型

物聯網平台AutoML賦能　消弭轉型過程技能落差

2021-05-29洪羿漣

製造業數位轉型的最終目標，在於落實人工智慧應用，也就是無人工廠。

洛克威爾（Rockwell）自動化智慧製造應用發展經理王展帆認為，整個歷程需要逐步前行，首先是要讓資料變得可視化，進而運行分析趨勢，預先得知即將發生的事件，開立「處方簽」，讓人工智慧自主控管。

洛克威爾依循國際自動化協會發布的ISA-95標準定義設計網路架構，可落實對攻擊威脅的識別、保護、檢測、回應以及事後恢復，不僅藉由黑白名單管控，亦可針對工業通訊協定，檢測廠區設備傳輸內容是否潛藏攻擊程式。同時可比對設定參數一致性，防範惡意人士試圖竄改參數導致產線停擺。

王展帆說明，透過工業物聯網平台可有效賦能工廠數位化轉型，把老師傅的經驗轉換部署到此平台，達到傳承的目的，藉以弭平技能落差。基於平台事先定義廠區環境需要用到的資料處理內容，只要現場人員受過操作訓練，不用撰寫程式碼，即可藉此創建應用。

洛克威爾自動化智慧製造應用發展經理王展帆指出，透過工業物聯網平台可有效賦能工廠數位化轉型，把老師傅的經驗轉換部署到此平台，達到傳承的目的。

此外，工業物聯網平台已具備賦能工廠實現AI融入生產，基於內建的AutoML模型，讓不是資料科學家的操作者也立即可用；若企業內部已有資料科學家，亦可藉由平台整理的資料自行訓練演算模型。例如軟體儀表，可計算工廠重要環節的數值，為感知器建立預知保養，透過其他數值預測下一個數值的變化。

資料來源：https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/market/B07828E24C4F4CDF9E32A812425B5C9A

去年底，美國政府機構遭遇史上最大的SolarWinds供應鏈攻擊事件，舉報者也是受害者之一的安全廠商FireEye，5日也在臺灣資安大會上現身說法 ，實際就這起攻擊背後對抗秘辛揭露更多訊息。

為了向SolarWinds公司證明其系統已被駭客入侵感染，他們還動用數名逆向工程師，將當時這家公司可能有問題的軟體更新包下載後，逐一比對五萬多行程式碼，最後終於找到駭客暗中插入的外掛程式。SolarWinds工程師這才相信自己系統遭感染，之後，FireEye才對外公開， 讓整起事件曝了光。
https://www.ithome.com.tw/news/144212

現在學習知識的渠道越來越多，無論對於零基礎或是有經驗的工程師，想要持續成長應該看書還是看影片來的更有效率呢？

主要會和你分享我過去從新手到資深的過程中，如何持續保持進步及學習的經驗

也許這個經驗可以幫助到你，也歡迎留言和我分享你的看法

相信彼此分享不同的學習見解，能讓對於想要更精進自己程式開發功力的人有很大的幫助

===章節===
00:00 哪一個有效律?
00:36 寫程式如同寫作
05:14 書是最便宜的資源
10:14 折扣碼操作示範

===蝦皮購書折扣碼===
折扣碼：FLAGNIC36
時間：2021-03-29 ~ 2021-06-29

折扣碼：FLAGNIC79
時間：2021-06-30 ~ 2021-09-30

折扣碼： FLAGNIC11
時間：2021-10-01~ 2021-12-31

===前陣子在看的推薦書單===
（零基礎）
- 白話演算法！培養程式設計的邏輯思考
- Python 刷提鍛鍊班

（中高階）
- 設計模式之禪(第2版)
- 無瑕的程式碼－整潔的軟體設計與架構篇
- 單元測試的藝術
- 演算法之美：隱藏在資料結構背後的原理(C++版)
- Kent Beck的實作模式

（Ruby）
- Writing Efficient Ruby Code

（成長思考）
- 圖解．實戰 麥肯錫式的思考框架：讓大腦置入邏輯，就能讓90%的困難都有解！
- 師父：那些我在課堂外學會的本事
- 高勝算決策：如何在面對決定時，降低失誤，每次出手成功率都比對手高?
- 窮查理的普通常識
- 懶人圖解簡報術：把複雜知識變成一看就秒懂的圖解懶人包
- 寫作，是最好的自我投資

喜歡影片的話！可以幫忙點個喜歡以及分享、訂閱唷！😘

━━━━━━━━━━━━━━━━
🎬 觀看我的生活廢片頻道: https://bit.ly/2Ldfp1B
⭐ instagram (生活日常): https://www.instagram.com/niclin_tw/
⭐ Facebook (資訊分享): https://www.facebook.com/niclin.dev
⭐ Blog (技術筆記): https://blog.niclin.tw
⭐ Linkedin (個人履歷): https://www.linkedin.com/in/nic-lin
⭐ 蝦皮賣場: https://shopee.tw/bboyceo
⭐ Github: https://github.com/niclin
⭐ Podcast: https://anchor.fm/niclin
━━━━━━━━━━━━━━━━
✉️ 合作邀約信箱: niclin0226@gmail.com

#寫程式 #前端 #後端

EXCEL VBA與資料庫(進階101)第3單元範例尋找與判斷負0到9&範例_尋找與判斷負0到9的值程式&工作表比較&範例國際指數與期貨工作表比較程式說明&日期比對結果複製到差異表VBA程式&瀏覽器自動化報表&次數統計與VBA排序&各股文件類別查詢統計VBA說明)

上課內容：
01_重點回顧多工作表與資料庫與範例尋找與判斷負0到9
02_範例_尋找與判斷負0到9的值程式說明
03_範例尋找與判斷細節說明與範例工作表比較
04_範例國際指數與期貨工作表比較程式說明
05_日期比對結果複製到差異表VBA程式
06_工作表比對細節與瀏覽器自動化報表
07_瀏覽器使用次數統計與VBA排序
08_問題各股文件類別查詢統計VBA說明

完整影音
http://goo.gl/aQTMFS

教學論壇：
https://groups.google.com/forum/#!forum/scu_excel_vba2_101

與前幾期的課程雖然用的是相同的範例，但最大的不同在：
1.除了解說建函數公式，並將之轉成自訂函數，把複雜的公式變簡單。
2.如何將複雜的公式變成簡單的按鈕，按下按鈕就自動完成工作。

內容主要分成：
單元01_資料拆解相關(VBA基礎)
單元02_表單設計
單元03_輸入自動化與表單與資料庫
單元04_工作表合併
單元05_資料查詢(篩選與分割工作表)
單元06_批次查詢
單元07_從雲端硬碟下載資料
單元08_下載網路資料
單元09_工作表相關
單元10_活頁簿與檔案處理(工作表分割與合併活頁簿)
單元11_表格與圖表處理(自動繪製圖表)
單元12_圖案處理(快速匯入圖片到EXCEL)

有講義與範例和完成的畫面公式與程式碼，
只要按照每周的順序學習，學會EXCEL VBA自動化絕非難事，
優點：
1.可非線性學習：可按照自己最不熟的部分多次學習。
2.可反覆學習：有疑問可以多次聽講，保證學的會。
3.可攜帶學習：只要有瀏覽器就可以播放SWF檔，MAC電腦也沒問題。

上課參考用書：
看！就是比你早下班－50個ExcelVBA高手問題解決法
作者：楊玉文 出版社：松崗
Excel VBA一點都不難：一鍵搞定所有報表
作者：?Excel Home
出版社：博碩

課程理念:
1.以循序漸進的方式, 透過詳細的說明和實用的Excel VBA範例, 逐步了解整個 VBA 的架構與輪廓,進而學習 VBA 變數、函式及邏輯的觀念, 即使沒有任何程式設計基礎, 也能自己親手撰寫 VBA 程序來提昇工作效率, 晉身職場 Excel 高手！ 2.進而解說EXCEL與資料庫的結合，將EXCEL當成資料庫來使用，結合函數、VBA等更深入的功能，讓資料處理和分析的應用更上層樓。 3.將結合GOOGLE雲端試算表，教您如何將EXCEL函數雲端化與網路化。

更多EXCEL VBA連結：
01_EXCEL函數與VBA http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384521
02_EXCEL VBA自動化教學 http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384524

吳老師 2018/7/23

EXCEL,VBA,函數東吳進修推廣部,EXCEL,VBA,函數,程式設計,線上教學,excel,vba,教學,excel,vba指令教學,vba範例教學excel,,excel,vba教學視頻,excel函數教學,excel函數說明,excel函數應用

EXCEL VBA與資料庫(進階101)第3單元範例尋找與判斷負0到9&範例_尋找與判斷負0到9的值程式&工作表比較&範例國際指數與期貨工作表比較程式說明&日期比對結果複製到差異表VBA程式&瀏覽器自動化報表&次數統計與VBA排序&各股文件類別查詢統計VBA說明)

上課內容：
01_重點回顧多工作表與資料庫與範例尋找與判斷負0到9
02_範例_尋找與判斷負0到9的值程式說明
03_範例尋找與判斷細節說明與範例工作表比較
04_範例國際指數與期貨工作表比較程式說明
05_日期比對結果複製到差異表VBA程式
06_工作表比對細節與瀏覽器自動化報表
07_瀏覽器使用次數統計與VBA排序
08_問題各股文件類別查詢統計VBA說明

完整影音
http://goo.gl/aQTMFS

教學論壇：
https://groups.google.com/forum/#!forum/scu_excel_vba2_101

與前幾期的課程雖然用的是相同的範例，但最大的不同在：
1.除了解說建函數公式，並將之轉成自訂函數，把複雜的公式變簡單。
2.如何將複雜的公式變成簡單的按鈕，按下按鈕就自動完成工作。

內容主要分成：
單元01_資料拆解相關(VBA基礎)
單元02_表單設計
單元03_輸入自動化與表單與資料庫
單元04_工作表合併
單元05_資料查詢(篩選與分割工作表)
單元06_批次查詢
單元07_從雲端硬碟下載資料
單元08_下載網路資料
單元09_工作表相關
單元10_活頁簿與檔案處理(工作表分割與合併活頁簿)
單元11_表格與圖表處理(自動繪製圖表)
單元12_圖案處理(快速匯入圖片到EXCEL)

有講義與範例和完成的畫面公式與程式碼，
只要按照每周的順序學習，學會EXCEL VBA自動化絕非難事，
優點：
1.可非線性學習：可按照自己最不熟的部分多次學習。
2.可反覆學習：有疑問可以多次聽講，保證學的會。
3.可攜帶學習：只要有瀏覽器就可以播放SWF檔，MAC電腦也沒問題。

上課參考用書：
看！就是比你早下班－50個ExcelVBA高手問題解決法
作者：楊玉文 出版社：松崗
Excel VBA一點都不難：一鍵搞定所有報表
作者：?Excel Home
出版社：博碩

課程理念:
1.以循序漸進的方式, 透過詳細的說明和實用的Excel VBA範例, 逐步了解整個 VBA 的架構與輪廓,進而學習 VBA 變數、函式及邏輯的觀念, 即使沒有任何程式設計基礎, 也能自己親手撰寫 VBA 程序來提昇工作效率, 晉身職場 Excel 高手！ 2.進而解說EXCEL與資料庫的結合，將EXCEL當成資料庫來使用，結合函數、VBA等更深入的功能，讓資料處理和分析的應用更上層樓。 3.將結合GOOGLE雲端試算表，教您如何將EXCEL函數雲端化與網路化。

更多EXCEL VBA連結：
01_EXCEL函數與VBA http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384521
02_EXCEL VBA自動化教學 http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384524

吳老師 2018/7/23

EXCEL,VBA,函數東吳進修推廣部,EXCEL,VBA,函數,程式設計,線上教學,excel,vba,教學,excel,vba指令教學,vba範例教學excel,,excel,vba教學視頻,excel函數教學,excel函數說明,excel函數應用