Rust RISC-V零知识证明电路库risc0-circuit-rv32im-sys使用指南

简介

risc0-circuit-rv32im-sys是一个Rust库，提供了对RISC-V RV32IM指令集的零知识证明(ZKP)验证功能。它允许开发者在Rust中构建和验证基于RISC-V指令集的零知识证明电路。

主要特性

• 支持RV32IM指令集（32位RISC-V整数和乘法扩展）
• 提供零知识证明电路构建功能
• 支持证明生成和验证
• 与RISC0 zkVM兼容

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
risc0-circuit-rv32im-sys = "0.9"

基本使用方法

1. 创建证明

use risc0_circuit_rv32im_sys::{Prover, Receipt};

fn main() {
    // 初始化证明器
    let mut prover = Prover::new("your_program_elf_file").unwrap();
    
    // 设置输入数据
    let input = vec![1u32, 2, 3]; // 示例输入数据
    
    // 生成证明
    let receipt = prover.prove(&input).unwrap();
    
    // 保存证明以便后续验证
    receipt.save("proof.bin").unwrap();
}

2. 验证证明

use risc0_circuit_rv32im_sys::{Verifier, Receipt};

fn verify_proof() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 加载之前生成的证明
    let receipt = Receipt::load("proof.bin")?;
    
    // 初始化验证器
    let verifier = Verifier::new("your_program_elf_file")?;
    
    // 验证证明
    verifier.verify(&receipt)?;
    
    println!("Proof verified successfully!");
    Ok(())
}

3. 使用自定义电路

use risc0_circuit_rv32im-sys::{Circuit, CircuitImpl};

struct MyCustomCircuit;

impl Circuit for MyCustomCircuit {
    fn synthesize(&self, builder: &mut CircuitImpl) {
        // 在这里构建自定义电路逻辑
        // 示例：简单的加法电路
        let a = builder.alloc_input::<u32>();
        let b = builder.alloc_input::<u32>();
        let sum = builder.add(a, b);
        builder.expose_public(sum);
    }
}

fn custom_circuit_example() {
    let circuit = MyCustomCircuit;
    let mut prover = Prover::with_custom_circuit(circuit).unwrap();
    
    let input = vec![5u32, 7u32]; // 5 + 7
    let receipt = prover.prove(&input).unwrap();
    
    // 验证结果应该是12
    assert_eq!(receipt.get_public_outputs()[0], 12);
}

高级用法

处理大整数运算

use risc0_circuit_rv32im_sys::{Prover, bigint};

fn bigint_example() {
    let mut prover = Prover::new("bigint_program").unwrap();
    
    // 使用大整数类型
    let a = bigint::U256::from(123456789);
    let b = bigint::U256::from(987654321);
    
    let input = a.to_le_bytes()
        .iter()
        .chain(b.to_le_bytes().iter())
        .map(|&x| x as u32)
        .collect::<Vec<_>>();
    
    let receipt = prover.prove(&input).unwrap();
    // ...验证逻辑
}

完整示例demo

下面是一个完整的示例，展示如何使用risc0-circuit-rv32im-sys创建和验证一个简单的零知识证明：

use risc0_circuit_rv32im_sys::{Circuit, CircuitImpl, Prover, Receipt, Verifier};
use std::error::Error;

// 定义自定义电路
struct SimpleAddCircuit;

impl Circuit for SimpleAddCircuit {
    fn synthesize(&self, builder: &mut CircuitImpl) {
        // 分配两个输入
        let a = builder.alloc_input::<u32>();
        let b = builder.alloc_input::<u32>();
        
        // 计算a + b
        let sum = builder.add(a, b);
        
        // 将结果暴露为公开输出
        builder.expose_public(sum);
    }
}

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // 创建自定义电路实例
    let circuit = SimpleAddCircuit;
    
    // 初始化带自定义电路的证明器
    let mut prover = Prover::with_custom_circuit(circuit)?;
    
    // 设置输入数据
    let input_data = vec![17u32, 25u32]; // 17 + 25
    
    // 生成证明
    let receipt = prover.prove(&input_data)?;
    
    // 验证结果应该是42 (17 + 25)
    assert_eq!(receipt.get_public_outputs()[0], 42);
    
    // 保存证明到文件
    receipt.save("simple_add_proof.bin")?;
    
    // 验证证明
    let loaded_receipt = Receipt::load("simple_add_proof.bin")?;
    let verifier = Verifier::new("dummy_program")?; // 注意：实际使用时需要正确的程序文件
    verifier.verify(&loaded_receipt)?;
    
    println!("Zero-knowledge proof created and verified successfully!");
    Ok(())
}

性能优化建议

1. 批量处理证明可以显著提高性能
2. 对于复杂电路，考虑使用分层证明
3. 合理设置电路规模以平衡证明时间和验证时间

注意事项

• 确保使用的RISC-V程序是RV32IM兼容的
• 证明生成可能需要大量内存，特别是在处理复杂电路时
• 验证时间通常比证明生成时间短得多

示例项目结构

一个典型的使用risc0-circuit-rv32im-sys的项目可能如下组织：

my_zk_project/
├── Cargo.toml
├── src/
│   ├── main.rs          # 主程序
│   └── circuits/        # 自定义电路
│       └── my_circuit.rs
└── programs/
    └── riscv_program/   # RISC-V程序目录
        ├── Cargo.toml
        └── src/
            └── main.rs  # RISC-V程序源码

这个库为在Rust中构建基于RISC-V的零知识证明应用提供了强大工具，特别适合需要验证RISC-V程序执行正确性而不泄露执行细节的场景。