Sin7y團隊解讀：關于Sinsemilla哈希函數在OlaVM中的應用_IST:Desire

很高興，我們在2022年7月25日發布了OlaVM，一個EVM兼容的ZKVM方案。由于ZKEVM本身一直是個熱門的賽道，所以OlaVM一經發布，就很榮幸的受到了行業內大佬們的一些關注。

在這里，我們首先非常感謝DairaHopwood大佬(也是Zcash協議的主要作者)針對OlaVM的設計提出的一些問題。其中，比較核心的一點是ECDSA和Schnorr簽名算法里Hash的選擇問題，具體的表述如下圖所示：

DairaHopwood的意思可以簡單理解為:SinsemillaHash的安全級別只有collision-resistant,因此不能當做一個randomoracle(RO)；而在ECDSA和Schnorr簽名算法中，為了足夠的安全，需要要求這個Hash可以當做randomoracle(RO)。為了能更好的理解，我們需要先了解一些概念。

1.cryptographichashfunction(CHF)的安全屬性有哪些?

根據論文?CryptographicHash-FunctionBasics里的定義可知，CHF對應的安全屬性有以下3類：

??preimage-resistance?—基本上對于所有預先指定輸出，要找到任何散列到該輸出的輸入，在計算上是不可行的，例如，當給定任意未知輸入的y時，要找到使?h(x')=y?的所有原像(preimage)x'。

美股收盤，納指收漲2.01%:行情顯示，美股收盤，道指漲0.76%，納指漲2.01%，標普500指數漲1.18%。[2023/1/24 11:27:49]

??2nd-preimageresistance?—?要找到與任何指定輸入具有相同輸出的任何第二輸入，在計算上是不可行的，例如，給定x，要找到一個第二原像x'=x，使?h(x')=?h(x)。

??collisionresistance?—要找到任意兩個散列到相同輸出的不同輸入，在計算上是不可行的，例如，使h(x')=?h(x)。

需要注意的是：

a.2nd-preimageresistance可以歸約為collisionresistance，即collisionresistance滿足，則2nd-preimageresistance必定滿足。

b.?preimage-resistance不可以歸約為collisionresistance，即collisionresistance滿足，則preimageresistance未必滿足。

2.什么是randomoracle(RO)？

randomoracle(RO)用以下模型來描述：

?有一個黑盒子。盒子里住著一個侏儒，還有一本大書和一些骰子。

?我們可以向盒子里輸入一些數據。

數據：本周解鎖金額超1000萬美元的代幣有AXS、RON和IMX:金色財經報道，Token Unlocks數據顯示，本周將有AXS、ACA、GAL、RON、YGG、IMX代幣解鎖。其中，AXS代幣1月23日21:10解鎖約489萬枚（約合6318 萬美元），占總供應量的1.812%；RON代幣將于1月27日08:00解鎖約 4293 萬枚（約合 2425 萬美元），約占總供應量的4.293%；IMX代幣將于1月28日18:00解鎖約1807萬枚（約合1217萬美元），約占總供應量的0.904%。[2023/1/23 11:27:01]

?給定侏儒一些事先沒有看到的輸入，他用骰子在一些常規空間中均勻且隨機地生成一個新的輸出。侏儒還會在書中寫下輸入和新生成的輸出。

?如果給定侏儒一個已經看到的輸入，他就用書來恢復他上次返回的輸出，并再次返回。

簡單來概括下RO的行為，假設輸入為x：

??如果x之前輸入過，則直接返回對應的H.

??如果x未曾輸入過，則RO會在完全隨機的在值域里生成一個由0,1組成的字符串。

需要注意的是：

??這里的完全隨機意味著，連RO自己都不知道最終會是一個什么值，它是沒有規則可循的，這是和Hash的主要區別，任何Hash都是有自己的計算規則的。

但是在現實的世界中，實現一個真正的RO是很困難的；因此，我們需要為RO尋找一個潛在候選者，需要盡可能的使得輸出看起來是隨機的。Hash函數是一個不錯的選擇，一個安全的Hash函數需要滿足preimage-resistance、2nd-preimageresistance、collisionresistance。一個可以當做RO的Hash是肯定要滿足這三個屬性的，但是滿足這三個屬性的Hash不一定就可以當做RO；它們之間是一種必要不充分關系。更多的細節可以參考Whatisthe"RandomOracleModel"andwhyisitcontroversial?

Cardano將于2月15日進行主網升級，可簡化跨鏈DApp開發:金色財經報道，Cardano暫定于北京時間2023年2月15日進行主網升級。本次更新可更方便開發者構建跨鏈應用程序。本次升級Input Output Global（IOG）為Plutus添加新的內置函數以支持 ECDSA 和 Schnorr 簽名算法，這可允許開發者在Cardano中使用更廣泛的多簽和門禁簽名設計。

Cardano 使用以橢圓曲線Curve25519而非ECDSA和Schnorr做為基礎曲線。因此，只有ECDSA和Schnorr也作為Plutus的內置函數提供，才能更安全地進行跨鏈DApp開發。[2023/1/19 11:21:27]

3.Hash在ECDSA和Schnorr簽名算中的要求?

在論文OnthesecurityofECDSAwithadditivekeyderivationandpresignatures和OntheExactSecurityofSchnorr-TypeSignaturesintheRandomOracleModel中提到，ECDSA和Schnorr簽名算法里的Hash函數都需要可以被認為是RO，才是安全的。根據前面的描述，則這個Hash需要滿足CHF的所有安全屬性preimage-resistance、2nd-preimageresistance、collisionresistance。

Uniswap Labs：在Uniswap應用程序可以上以市場上最好的匯率購買加密貨幣:金色財經報道，Uniswap Labs在社交媒體上稱，在Uniswap應用程序上可以以市場上最好的匯率購買加密貨幣。只需支付1-3.5%，取決于地區和支付方式，沒有最低費用。對于美國和歐盟/英國的用戶，建議使用借記卡或銀行轉賬，以獲得~2.5%的交易費用和最高的成功率。[2023/1/7 10:59:04]

4.關于Sinsemilla哈希函數?

Sinsemilla哈希函數是由DairaHopwood和SeanBowe?一起設計，底層依賴ECDLP(EllipticCurveDiscreteLogarithmProblem)。在固定長度的輸入下，Sinsemilla哈希函數滿足collisionresistance，不滿足preimageresistant屬性，原因可以參考DairaHopwood的回答。

根據Zcash協議說明書，設計Sinsemilla哈希函數的初衷是為了在零知識證明算法Halo2的執行過程中，充分利用Lookup-friendly的優勢，來提高Halo2的執行效率；因此，Sinsemilla哈希函數是一個Lookup-friendly的哈希函數，它更適合用于承諾的計算和Merkletreeroot的計算。

pSTAKE宣布推出BNB流動性質押功能:8月8日消息，流動性質押協議pSTAKE周一宣布，該平臺將為BNB推出流動性質押功能。用戶可以通過pSTAKE應用程序質押他們的BNB，同時接收質押的BNB或stkBNB。這些stkBNB代幣將直接鑄造為BEP-20代幣。它們將提供與基于BNB鏈的DeFi應用程序的無縫集成，這意味著stkBNB代幣可以用于其他地方以賺取額外的收益。

pSTAKE將允許用戶質押任何非零金額的BNB，并繞過傳統的7天解除綁定期，在任何時候通過將他們的stkBNB交易為另一資產解除綁定。質押在Ankr和Steakbank等其他流動性質押平臺上的BNB，至少需要七天的解除綁定期。

此外，Ankr要求用戶至少質押1.002 BNB才能開始。解除綁定期指的是用戶在出售或轉移加密貨幣之前需要持有加密貨幣的時間。此外，pSTAKE還免除了90天的協議費，用戶可以獲得100%的質押獎勵。（CoinDesk）[2022/8/8 12:10:16]

5.總結

再次感謝DairaHopwood的指導，讓我們對cryptographichashfunction?(CHF)的使用有了更深的認知。我們將繼續廣泛聽取意見，在高效性和安全性方面對設計方案進行持續優化。

Sinsemilla哈希函數會仍然用于Olavm設計中的其他合適模塊；簽名部分的Hash函數，我們將會在安全的哈希函數中，擇優選擇，比如Poseidon哈希函數、ReinforcedConcrete哈希函數等。

參考

1.OlaVM:https://ethresear.ch/t/whitepaper-olavm-an-ethereum-compatible-zkvm/13144

2.DairaHopwood:https://twitter.com/feministPLT

3.Zcash協議:https://zips.z.cash/protocol/protocol.pdf

4.ECDSA:https://en.wikipedia.org/wiki/Elliptic_Curve_Digital_Signature_Algorithm

5.Schnorr:https://en.wikipedia.org/wiki/Schnorr_signature

6.SinsemillaHash:https://zips.z.cash/protocol/protocol.pdf

7.CryptographicHash-FunctionBasics:

https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=C7364E9082B2726A10E1C712B476C82A?doi=10.1.1.3.6200&rep=rep1&type=pdf

8.randomoracle(RO):https://en.wikipedia.org/wiki/Random_oracle

9.Whatisthe"RandomOracleModel"andwhyisitcontroversial:

https://crypto.stackexchange.com/questions/879/what-is-the-random-oracle-model-and-why-is-it-controversial

10.OnthesecurityofECDSAwithadditivekeyderivationandpresignatures:

https://www.shoup.net/papers/2021-1330.pdf

11.OntheExactSecurityofSchnorr-TypeSignaturesintheRandomOracleMode:

https://eprint.iacr.org/2012/029.pdf

12.ECDLP(EllipticCurveDiscreteLogarithmProblem):

https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-5906-5_246

13.回答:https://twitter.com/feministPLT/status/1551856467145269249

14.Poseidon:https://eprint.iacr.org/2019/458.pdf

15.ReinforcedConcrete:https://eprint.iacr.org/2021/1038.pdf

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