關于Sinsemilla哈希函數在OlaVM中的應用-ODAILY_ESI:Quantum Resistant Ledger

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。

Coinbase通過GitHub征求公眾關于數字資產政策建議的意見:10月16日消息，Coinbase 通過 GitHub 征求公眾關于數字資產政策建議的公眾意見，稱這代表了 Coinbase 對美國數字資產監管框架的真誠建議，也是其首次使用 GitHub 征求有關政策事項的反饋，并鼓勵大家參與討論數字資產在大家經濟中的未來作用。[2021/10/16 20:34:32]

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'。

關于冒充BiKi及貝殼學院的提示與聲明:近期，BiKi及貝殼學院發現市面上多起冒充官方平臺和貝殼學院賬號進行偽裝及抄襲官方策略等行為。為保護用戶利益，維護本學院的品牌權益，任何自稱貝殼學院、無涯老師以及近似的社區、賬號及其行為均與貝殼學院無關，敬請用戶注意區分并自行判斷其宣發信息，以免給自己帶來損失。[2021/3/17 18:53:33]

?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。

Bitget關于違規賬戶的進一步處理的嚴正聲明:據官方消息，Bitget風控部門于新加披時間2020年6月20日發布預警，有部分賬戶存在疑似洗錢的違規行為，平臺與有關部門積極開展協同調查，并對違規賬戶進行了凍結。平臺用戶資金、交易、提幣一切正常，未受到任何影響。但在調查取證過程中有部分賬戶拒絕協同調查，轉向抹黑平臺。對于此類惡意造謠和別有用心的不實言論，Bitget將進一步采取法律手段予以追究，堅決抵制一切違法違規行為。Bitget始終堅持為用戶打造健康、良性、安全的交易環境，竭盡所能保證用戶資產及交易安全。[2020/7/1]

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：

動態 | 彭博關于印度加密貨幣嚴厲法案草案的報道遭到質疑:據彭博此前報道“印度將考慮對持有、交易、開采加密貨幣的人判處1至10年監禁”。報道首次曝光后，網上的反應從憤怒到懷疑表現不等，盡管許多人譴責政府以及可能引入和實施這種行為，但也有一些人質疑彭博報道的真實性。印度最重要的加密支持者之一DesiCryptoHodlr對這份報告的看法是：“這似乎是彭博社又一次孤注一擲的嘗試，希望獲得更多的觀點。讓我們不要相信這樣的匿名新聞，等待當局的正式通知。”就在幾天前，印度儲備銀行（RBI）對最近的RTI提供書面回復，它既不知道也沒有參與任何在該國推行的加密貨幣禁令。[2019/6/8]

?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。

?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。

聲音 | 北大教授徐遠：關于區塊鏈技術需思考的四個問題:據財新網消息，2018年9月23日北大數字金融中心“區塊鏈理論與應用”討論班第一次課上，北大國家發展研究院金融學副教授徐遠指出，關于區塊鏈技術需思考四個問題：區塊鏈技術和現有數據庫技術，如何比較，孰優孰劣？區塊鏈技術的瓶頸在哪里？數據庫技術是一種線上技術，它和線下場景怎么結合？在什么樣的場景下可以得到比較好的應用，比較安全有效？[2018/9/26]

?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?

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。

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。

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。

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