Rust零知识证明库p3-uni-stark的使用:高性能STARK协议实现与通用验证框架

use p3_uni_stark::{StarkConfig, UniStark};
use p3_field::PrimeField32;
use p3_matrix::dense::RowMajorMatrix;
use p3_commit::ExtensionMmcs;
use p3_symmetric::compression::TruncatedPermutation;
use p3_symmetric::hasher::SerializingHasher;
use p3_poseidon2::Poseidon2;
use p3_baby_bear::BabyBear;

// 定义一个简单的计算轨迹示例
fn main() {
    // 使用BabyBear域
    type F = BabyBear;
    type Val = F;
    
    // 创建Poseidon2哈希器用于Merkle树构建
    let poseidon2 = Poseidon2::new();
    let hasher = TruncatedPermutation::new(poseidon2, 4);
    let serializing_hasher = SerializingHasher::new(hasher);
    
    // 配置STARK参数
    let config = StarkConfig::new(serializing_hasher);
    
    // 创建示例计算轨迹(这里使用简单的斐波那契数列)
    let trace = create_fibonacci_trace::<F>();
    
    // 初始化UniStark证明系统
    let stark = UniStark::new(config);
    
    // 生成证明
    let proof = stark.prove(&trace);
    
    // 验证证明
    let verified = stark.verify(&proof);
    
    println!("Proof verified: {}", verified);
}

// 创建斐波那契数列计算轨迹
fn create_fibonacci_trace<F: PrimeField32>() -> RowMajorMatrix<F> {
    let n = 10; // 轨迹长度
    let mut data = Vec::with_capacity(n * 2);
    
    // 初始化斐波那契数列前两个值
    let mut a = F::one();
    let mut b = F::one();
    
    for i in 0..n {
        if i == 0 || i == 1 {
            data.push(F::one());
            data.push(F::one());
        } else {
            let next = a + b;
            data.push(a);
            data.push(b);
            a = b;
            b = next;
        }
    }
    
    // 创建行主序矩阵
    RowMajorMatrix::new(data, 2)
}

这个示例展示了如何使用p3-uni-stark库创建一个简单的STARK证明系统,包括:

  1. 配置STARK参数和哈希器
  2. 创建计算轨迹(斐波那契数列)
  3. 生成证明
  4. 验证证明

注意:实际使用时需要根据具体应用场景调整轨迹生成逻辑和约束系统。

完整示例demo:

use p3_uni_stark::{StarkConfig, UniStark};
use p3_field::PrimeField32;
use p3_matrix::dense::RowMajorMatrix;
use p3_symmetric::compression::TruncatedPermutation;
use p3_symmetric::hasher::SerializingHasher;
use p3_poseidon2::Poseidon2;
use p3_baby_bear::BabyBear;

fn main() {
    // 使用BabyBear域
    type F = BabyBear;
    
    // 创建Poseidon2哈希器
    let poseidon2 = Poseidon2::new();
    let hasher = TruncatedPermutation::new(poseidon2, 4);
    let serializing_hasher = SerializingHasher::new(hasher);
    
    // 配置STARK参数
    let config = StarkConfig::new(serializing_hasher);
    
    // 创建斐波那契数列计算轨迹
    let trace = create_fibonacci_trace::<F>();
    
    // 初始化UniStark证明系统
    let stark = UniStark::new(config);
    
    // 生成证明
    let proof = stark.prove(&trace);
    
    // 验证证明
    let verified = stark.verify(&proof);
    
    println!("证明验证结果: {}", verified);
}

// 创建斐波那契数列计算轨迹函数
fn create_fibonacci_trace<F: PrimeField32>() -> RowMajorMatrix<F> {
    let n = 10; // 轨迹长度
    let mut data = Vec::with_capacity(n * 2);
    
    // 初始化斐波那契数列前两个值
    let mut a = F::one();
    let mut b = F::one();
    
    for i in 0..n {
        if i == 0 || i == 1 {
            // 前两个位置都填充1
            data.push(F::one());
            data.push(F::one());
        } else {
            // 计算下一个斐波那契数
            let next = a + b;
            data.push(a);
            data.push(b);
            a = b;
            b = next;
        }
    }
    
    // 创建2列的行主序矩阵
    RowMajorMatrix::new(data, 2)
}

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Rust零知识证明库p3-uni-stark的使用指南

概述

p3-uni-stark是一个高性能的STARK(可扩展透明知识论证)协议实现库,专为Rust语言设计。该库提供了通用的零知识证明验证框架,支持高效的证明生成和验证过程。

主要特性

  • 高性能STARK协议实现
  • 通用验证框架设计
  • 支持自定义约束系统
  • 提供简洁的API接口
  • 内存安全的Rust实现

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖:

[dependencies]
p3-uni-stark = "0.1"

基本使用方法

1. 创建证明系统

use p3_uni_stark::{StarkConfig, StarkProver};

fn main() {
    // 使用默认配置创建证明系统
    let config = StarkConfig::default();
    let prover = StarkProver::new(config);
}

2. 定义计算轨迹

use p3_uni_stark::{TraceTable, StarkConstraintSystem};

fn create_trace() -> TraceTable {
    // 创建4列8行的轨迹表
    let mut trace = TraceTable::new(4, 8);
    // 填充计算轨迹数据
    // 这里可以添加具体的轨迹数据填充逻辑
    trace
}

3. 生成证明

let trace = create_trace();
// 生成零知识证明
let proof = prover.prove(&trace).unwrap();

4. 验证证明

// 验证证明的有效性
let is_valid = prover.verify(&proof, &trace);
println!("Proof valid: {}", is_valid);

高级用法示例

自定义约束系统

use p3_uni_stark::{StarkConstraintSystem, Constraint};

// 自定义约束系统结构体
struct CustomConstraints;

impl StarkConstraintSystem for CustomConstraints {
    fn constraints(&self) -> Vec<Constraint> {
        vec![
            // 创建示例约束:vars[0] * vars[1] - vars[2]
            Constraint::new("example_constraint", |vars| {
                vars[0] * vars[1] - vars[2]
            })
        ]
    }
}

配置优化参数

use p3_uni_stark::{StarkConfig, OptimizationLevel};

// 配置高性能优化级别
let config = StarkConfig {
    optimization: OptimizationLevel::High,
    ..Default::default()
};

完整示例demo

use p3_uni_stark::{StarkConfig, StarkProver, TraceTable, StarkConstraintSystem, Constraint, OptimizationLevel};

// 自定义约束系统
struct FibonacciConstraints;

impl StarkConstraintSystem for FibonacciConstraints {
    fn constraints(&self) -> Vec<Constraint> {
        vec![
            // 斐波那契数列约束:a_{n+2} = a_{n+1} + a_n
            Constraint::new("fibonacci_constraint", |vars| {
                vars[2] - vars[1] - vars[0]
            })
        ]
    }
}

fn main() {
    // 配置证明系统
    let config = StarkConfig {
        optimization: OptimizationLevel::High,
        ..Default::default()
    };
    
    let prover = StarkProver::new(config);
    
    // 创建斐波那契数列计算轨迹
    fn create_fibonacci_trace() -> TraceTable {
        let mut trace = TraceTable::new(3, 10); // 3列10行
        
        // 初始化前两个斐波那契数
        trace.set(0, 0, 0.into());
        trace.set(1, 0, 1.into());
        
        // 计算并填充后续的斐波那契数
        for i in 2..10 {
            let prev_prev = trace.get(0, i-2);
            let prev = trace.get(1, i-1);
            let current = prev_prev + prev;
            
            trace.set(0, i, prev_prev);
            trace.set(1, i, prev);
            trace.set(2, i, current);
        }
        
        trace
    }
    
    // 生成计算轨迹
    let trace = create_fibonacci_trace();
    
    // 生成证明
    let proof = prover.prove(&trace).unwrap();
    
    // 验证证明
    let is_valid = prover.verify(&proof, &trace);
    println!("斐波那契证明验证结果: {}", is_valid);
    
    // 使用自定义约束系统
    let custom_constraints = FibonacciConstraints;
    println!("自定义约束系统已创建");
}

性能优化建议

  1. 使用适当的轨迹大小
  2. 选择合适的约束复杂度
  3. 利用并行处理功能
  4. 配置合理的优化级别

注意事项

  • 确保计算轨迹的正确性
  • 合理设置安全参数
  • 注意内存使用情况
  • 定期更新到最新版本

该库提供了完整的STARK协议实现,适用于需要零知识证明的各种应用场景。

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