Zilch

إطار اللاشيء

إطار عمل لنشر البراهين المعرفية الشفافة

ملخص

Zilch هو إطار عمل يطبق حجج المعرفة (STARKs) القابلة للتطوير والشفافية (لا حاجة لإعداد موثوق به). يتكون Zilch من مكونين رئيسيين: الواجهة الأمامية والخلفية.

تتكون الواجهة الأمامية من لغة برمجة ZeroJava، وهي مجموعة فرعية من Java مصممة لوسيطات المعرفة الصفرية، ومترجم لترجمة كود ZeroJava إلى تعليمات تجميع zMIPS؛ zMIPS هو امتدادنا لـ MIPS ISA لدعم برمجة ZKPs.

تقوم الواجهة الخلفية بترجمة تعليمات تجميع zMIPS إلى دوائر حسابية وتولد ZKPs للتحقق من تقييم هذه الدوائر. تعتمد الواجهة الخلفية على إنشاءات ZKP لمكتبة zkSTARK، وتوسع نموذج برمجة libSTARK إلى آلة zMIPS التجريدية.

إخلاء المسؤولية: الرمز هو الدرجة الأكاديمية ، وهو مخصص لمراجعة وتقييم النظراء الأكاديميين. لقد اختبر المؤلفون الكود باستخدام Ubuntu 20.04 .

استشهد بهذا العمل

إذا وجدت أن عملنا مفيد، يرجى الاستشهاد بمنشورنا (IEEE Xplore، Cryptology ePrint Archive):

 D. Mouris and N. G. Tsoutsos, "Zilch: A Framework for Deploying Transparent Zero-Knowledge Proofs,"
in IEEE Transactions on Information Forensics and Security (TIFS), 2021, DOI: 10.1109/TIFS.2021.3074869

تجميع

تبعيات لا شيء:

• OpenMP (https://en.wikipedia.org/wiki/OpenMP) apt install g++
• libcrypto (https://wiki.openssl.org/index.php/Main_Page) apt install libssl-dev
• libboost (https://www.boost.org/) apt install libboost-all-dev
• libjson (https://github.com/open-source-parsers/jsoncpp) apt install libjsoncpp-dev
• googletest (https://github.com/google/googletest) apt-get install libgtest-dev

بالنسبة لتبعيات برنامج التحويل البرمجي ZeroJava، قم بالرجوع إلى مستودع ZeroJava.

بناء لا شيء

 $ git clone --recursive https://github.com/TrustworthyComputing/Zilch
$ cd Zilch
$ make -j8
$ make zilch-tests -j8

للتحقق من نوع التثبيت ./zilch-tests .

بناء مترجم ZeroJava

 $ cd ZeroJava-compiler
$ mvn initialize
$ mvn package

تنفيذ

 $ ./zilch --asm <zMIPS assembly file path> [--tsteps <trace length log_2>] [--security <security parameter]> [--pubtape <primaryTapeFile>] [--auxtape <auxTapeFile>] [--verifier | --prover] [--address <address:port_number>]

وسيطات سطر الأوامر

 --help      : Display this help message
--examples  : Display some usage examples
--show-asm  : Display zMIPS assembly input
--verbose   : Verbose output, print BAIR, ACSP, APR and FRI specifications

--asm       : Path to the zMIPS assembly code (required)
--tsteps    : trace length log_2 (optional, default = 5)
--security  : security parameter (optional, default = 60)
--pubtape   : path to the primary tape file (optional, default = none)
--auxtape   : path to the auxiliary tape file (optional, default = none)

The flags below enable verification over the network; if neither is enabled, the execution will be locally. Verifier acts as the server and thus should be executed first.
--address  : verifier-address:port-number (optional, default = 'localhost:1234')
--verifier : enables execution of the verifier, listening on port-number (optional, default = false)
--prover   : enables execution of the prover, transmitting to verifier-address:port-number (optional, default = false)

انظر الأمثلة أدناه حول كيفية استخدام الأعلام.

ملاحظة: يكتشف Zilch تلقائيًا الأشرطة الخاصة والعامة إذا كانت موجودة في نفس الدليل مثل ملف التجميع zMIPS ويتم تسميتها pubtape.txt و auxtape.txt .

أمثلة zMIPS

في دليل example-zmips، قمنا بتضمين أمثلة zMIPS متنوعة.

على مستوى المجمّع، تكون تسمياتنا عبارة عن علامات أبجدية رقمية تبدأ وتنتهي بشرطة سفلية مزدوجة (على سبيل المثال، __example_label__ )، بينما يتم تحويل هذه التسميات داخل Zilch إلى أرقام تعليمات.

على سبيل المثال، يوجد أدناه رمز zMIPS لحساب مضروب 5:

 move $t3, 5
move $t1, 1
move $t2, 1
__L1__:
    mult $t1, $t1, $t2
    add $t2, $t2, 1
bge $t3, $t2, __L1__
answer $t1

وحدات الماكرو المعرفة من قبل المستخدم

في macros.json، نحدد تعليمات ماكرو مخصصة بناءً على تعليمات zMIPS الموجودة. على سبيل المثال، قمنا بتعريف inc و min تعليمات الماكرو كما هو موضح أدناه:

 "inc": {
    "reg1": "$x",
    "macro": "add $x, $x, 1"
}

هذا يعني أن inc يستخدم سجلًا واحدًا. يمكن لبرنامج zMIPS استخدام تعليمات inc كـ

 move $t0, 5
inc $t0
answer $t0

الجواب سيكون 6.

تستخدم تعليمات الماكرو min ثلاثة سجلات وأيضًا تسميات:

 "min": {
    "reg1": "$x",
    "reg2": "$y",
    "reg3": "$z",
    "uses_label" : "true",
    "macro" : "blt $y, $z, __min_label__
            move $x, $z
            j __end_min_label__
            __min_label__
            move $x, $y
            __end_min_label__"
    }

مثال لتعليمات القراءة:

الشريط الأساسي مملوء بـ 1, 2, 3, 4, ... بينما يحتوي الشريط الإضافي على 101, 102, 103, 104, ... .

 pubread $t0             ; consume next word from public tape and store it to r0
print $t0

secread $t1             ; consume next word from auxiliary tape and store it to r1
print $t1

pubseek $t0, 3          ; read the 4th word from the public tape and store it to r0
print $t0

secseek $t1, 3          ; read the 4th word from the auxiliary tape and store it to r1
print $t1

answer $t0

من أجل تنفيذ البرنامج أعلاه، ما عليك سوى تشغيل ./zilch --asm ./examples-zmips/read_test/read_test.zmips --tsteps 5 --pubtape ./examples-zmips/read_test/read_test.pubtape --auxtape ./examples-zmips/read_test/read_test.auxtape .

التحقق عبر الشبكة:

السلوك الافتراضي (بدون العلامات --address , --verifier , --prover ) للملف القابل للتنفيذ zilch يؤدي إلى تنفيذ محلي. من أجل تمكين التحقق عبر الشبكة، يجب أولاً تنفيذ أداة التحقق (علامة --verifier ) ​​ثم المثل (علامة --prover ). يعمل المدقق كخادم ينتظر اتصال المثبت، وينفذ ويطبع ويعيد قراره إلى المثبت.

على سبيل المثال، قراءة بسيطة من مثال الأشرطة عبر الشبكة:

قم أولاً بتشغيل أداة التحقق على المنفذ 2324 :

 ./zilch --asm ./examples-zmips/read_test/read_test.zmips --tsteps 10 --security 120 --pubtape ./examples-zmips/read_test/read_test.pubtape --auxtape ./examples-zmips/read_test/read_test.auxtape --verifier --address localhost:2324

ومن ثم إثبات الاتصال بالمنفذ 2324 :

 ./zilch --asm ./examples-zmips/read_test/read_test.zmips --tsteps 10 --security 120 --pubtape ./examples-zmips/read_test/read_test.pubtape --auxtape ./examples-zmips/read_test/read_test.auxtape --prover --address localhost:2324

مجموعة الحوسبة الجديرة بالثقة