mina プロトコルの探索: zk アプリケーションの実用的な使用例

Zkapps (ゼロ知識アプリケーション) は、ゼロ知識証明、具体的には zk-Snarks [ゼロ知識の簡潔な非対話型知識引数] を利用した mina プロトコル スマート コントラクトです。zkapps は snapps [スマート非対話型知識引数] に置き換えられました。アプリケーション]。 ZkApp スマート コントラクトは、o1js (TypeScript ライブラリ) を使用して作成されます。 zkApps はユーザーの Web ブラウザでクライアント側を実行し、小さな有効性証明のみを公開し、その後、Mina ノードによって検証されます。 Zkapp はスマート コントラクトと UI で構成されており、これについては次のセクションで詳しく説明します。

応用

個人データを介さずにユーザーの年齢を検証する年齢認証に関する zkapp を作成しました。

zkapp-cli npm パッケージのインストールに進み、zk 証明ビルド プロセスの一部として証明者機能と検証者機能を続行するためのテンプレートを実際に作成しました

実装

以下は検証カスタムロジックを追加する実装です。これは、プルーフ生成中に使用される zk-SNARK の回路ロジックを定義します。実際の証明者関数は o1js ライブラリによって管理され、zkApp メソッドがプライベート入力を使用してオフチェーンで実行されるときに呼び出されます。

import { Field, SmartContract, state, State, method } from 'o1js';

/**
 * Private Age Verification Contract
 * The contract will verify if the user's age is greater than or equal to the threshold age.
 * The contract uses zero-knowledge proofs to keep the user's age private.
 */
export class AgeVerification extends SmartContract {
  // State variable to store the verification result (valid or invalid)
  @state(Field) valid = State<Field>();

  // Method to initialize the state
  init() {
    super.init();
    this.valid.set(Field(0)); // Default is invalid
  }

  // Method to verify the age
  @method async verifyAge(age: Field, threshold: Field) {


    // Compute age - threshold
    const difference = age.sub(threshold);

    // Use circuit-compatible logic to check if the difference is non-negative
    const isValid = difference.equals(Field(0)).or(difference.greaterThanOrEqual(Field(0)))
      ? Field(1)
      : Field(0);

    // Set the validity of the verification result
    this.valid.set(isValid);
  }
}

以下のスクリプトは、AgeVerification zkApp と対話するテスト スイートです。 txn.prove() 中に証明者ロジックを呼び出し、更新された状態をチェックすることで zkApp の動作を検証します。

実際の証明者関数は基礎となる zkApp メソッド (verifyAge) にあり、txn.prove() はテスト中に証明を生成するメカニズムです。

入力をテストするために、テスト スクリプトを次のように編集しました。

import { AccountUpdate, Field, Mina, PrivateKey, PublicKey } from 'o1js';
import { AgeVerification } from './AgeVerification'; // Import the correct contract

let proofsEnabled = false;

describe('AgeVerification', () => {
  let deployerAccount: Mina.TestPublicKey,
    deployerKey: PrivateKey,
    senderAccount: Mina.TestPublicKey,
    senderKey: PrivateKey,
    zkAppAddress: PublicKey,
    zkAppPrivateKey: PrivateKey,
    zkApp: AgeVerification; // Update to use AgeVerification instead of Add

  beforeAll(async () => {
    if (proofsEnabled) await AgeVerification.compile(); // Update compile for AgeVerification
  });

  beforeEach(async () => {
    const Local = await Mina.LocalBlockchain({ proofsEnabled });
    Mina.setActiveInstance(Local);
    [deployerAccount, senderAccount] = Local.testAccounts;
    let feePayer = Local.testAccounts[0].key;
    deployerKey = deployerAccount.key;
    senderKey = senderAccount.key;

    zkAppPrivateKey = PrivateKey.random();
    zkAppAddress = zkAppPrivateKey.toPublicKey();
    zkApp = new AgeVerification(zkAppAddress); // Instantiate AgeVerification contract
  });



  async function localDeploy() {
    const txn = await Mina.transaction(deployerAccount, async () => {
      AccountUpdate.fundNewAccount(deployerAccount);
      await zkApp.deploy();
    });
    await txn.prove();
    // this tx needs .sign(), because `deploy()` adds an account update that requires signature authorization
    await txn.sign([deployerKey, zkAppPrivateKey]).send();
  }

  it('generates and deploys the `AgeVerification` smart contract', async () => {
    await localDeploy();
    const valid = zkApp.valid.get(); // Access the 'valid' state variable
    expect(valid).toEqual(Field(0)); // Initially, the contract should set 'valid' to Field(0)
  });

  it('correctly verifies the age in the `AgeVerification` smart contract', async () => {
    await localDeploy();

    const age = Field(25); // Example age value
    const threshold = Field(18); // Example threshold value

    // Call the verifyAge method
    const txn = await Mina.transaction(senderAccount, async () => {
      await zkApp.verifyAge(age, threshold); // Use the verifyAge method
    });
    await txn.prove();
    await txn.sign([senderKey]).send();

    const valid = zkApp.valid.get(); // Check the validity state after verification
    expect(valid).toEqual(Field(1)); // Expected to be valid if age >= threshold
  });
});

以下はテスト結果です

interact.ts ファイルに証明者メカニズムを追加しました。これは基本的に zk-SNARK 証明を生成し、mina ブロックチェーンでのトランザクションに移行するときに証明を送信します。 interact.ts スクリプトが証明を生成する間、検証はトランザクションの処理時に Min ブロックチェーンによって実行されます。これは、証明者が検証者 (Mina ネットワーク) がチェックする証明を生成するという zk-SNARK システムの重要な側面です。

import fs from 'fs/promises';
import { Mina, NetworkId, PrivateKey, Field } from 'o1js';
import { AgeVerification } from './AgeVerification'; 

// check command line arg
let deployAlias = process.argv[2];
if (!deployAlias)
  throw Error(`Missing <deployAlias> argument.

Usage:
node build/src/interact.js <deployAlias>
`);
Error.stackTraceLimit = 1000;
const DEFAULT_NETWORK_ID = 'testnet';

// parse config and private key from file
type Config = {
  deployAliases: Record<
    string,
    {
      networkId?: string;
      url: string;
      keyPath: string;
      fee: string;
      feepayerKeyPath: string;
      feepayerAlias: string;
    }
  >;
};
let configJson: Config = JSON.parse(await fs.readFile('config.json', 'utf8'));
let config = configJson.deployAliases[deployAlias];
let feepayerKeysBase58: { privateKey: string; publicKey: string } = JSON.parse(
  await fs.readFile(config.feepayerKeyPath, 'utf8')
);

let zkAppKeysBase58: { privateKey: string; publicKey: string } = JSON.parse(
  await fs.readFile(config.keyPath, 'utf8')
);

let feepayerKey = PrivateKey.fromBase58(feepayerKeysBase58.privateKey);
let zkAppKey = PrivateKey.fromBase58(zkAppKeysBase58.privateKey);

// set up Mina instance and contract we interact with
const Network = Mina.Network({
  // We need to default to the testnet networkId if none is specified for this deploy alias in config.json
  // This is to ensure the backward compatibility.
  networkId: (config.networkId ?? DEFAULT_NETWORK_ID) as NetworkId,
  mina: config.url,
});

const fee = Number(config.fee) * 1e9; // in nanomina (1 billion = 1.0 mina)
Mina.setActiveInstance(Network);
let feepayerAddress = feepayerKey.toPublicKey();
let zkAppAddress = zkAppKey.toPublicKey();
let zkApp = new AgeVerification(zkAppAddress);

let age = Field(25); // Example age
let threshold = Field(18); // Example threshold age

// compile the contract to create prover keys
console.log('compile the contract...');
await AgeVerification.compile();

try {
  // call verifyAge() and send transaction
  console.log('build transaction and create proof...');
  let tx = await Mina.transaction(
    { sender: feepayerAddress, fee },
    async () => {
      await zkApp.verifyAge(age, threshold); // Replacing update() with verifyAge
    }
  );
  await tx.prove();

  console.log('send transaction...');
  const sentTx = await tx.sign([feepayerKey]).send();
  if (sentTx.status === 'pending') {
    console.log(
      '\nSuccess! Age verification transaction sent.\n' +
        '\nYour smart contract state will be updated' +
        `\nas soon as the transaction is included in a block:` +
        `\n${getTxnUrl(config.url, sentTx.hash)}`
    );
  }
} catch (err) {
  console.log(err);
}

function getTxnUrl(graphQlUrl: string, txnHash: string | undefined) {
  const hostName = new URL(graphQlUrl).hostname;
  const txnBroadcastServiceName = hostName
    .split('.')
    .filter((item) => item === 'minascan')?.[0];
  const networkName = graphQlUrl
    .split('/')
    .filter((item) => item === 'mainnet' || item === 'devnet')?.[0];
  if (txnBroadcastServiceName && networkName) {
    return `https://minascan.io/${networkName}/tx/${txnHash}?type=zk-tx`;
  }
  return `Transaction hash: ${txnHash}`;
}

年齢としきい値として 25 歳と 18 歳を入力しました。

npm run test を実行することでテストが正常に完了したため。 zk config

を使用して devnet へのデプロイを進めました。

ここで次の入力を提供しました:

エイリアスのデプロイ: test
ネットワークの種類: テストネット
URL: https://api.minascan.io/node/devnet/v1/graphql
料金支払者: 新しい料金支払者キー
トランザクション: 0.1

URL はここから取得できます:

その後、デプロイすると次の応答が返されました。

コントラクトは次の開発ネットにデプロイされます

デプロイ後、RPC URL を指定して単純な HTML、CSS、JS を選択し、コントラクト アドレスをデプロイした UI を進めました。これが最終的な UI です。

これで、スマート コントラクトと UI を統合した後の zkapp の作成は完了です。 AgeVerification zkApp のユーザー インターフェイス (UI) を構築した後、フロントエンドとスマート コントラクトの統合により、ユーザーはゼロ知識証明システムとシームレスに対話できるようになります。 UI は、zk-SNARK を通じてプライバシーを維持しながら、ユーザーの年齢としきい値データの契約への提出を容易にします。これにより、ユーザーは実際の値を明らかにすることなく自分の年齢を確認でき、機密性が保たれます。バックエンドは証明者機能を利用して証明を生成し、Mina ブロックチェーンがそれを効率的に検証します。このエンドツーエンドのソリューションは、Mina の zk-SNARK ベースのアーキテクチャが提供するプライバシーとスケーラビリティの機能を最大限に活用しながら、安全でユーザーフレンドリーなエクスペリエンスを保証します。

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