區塊鏈:如何用 zkSNARK 做一款鏈上德撲游戲？_區塊鏈技術專業

作者：曼達洛人，MantaNetworkProtocol

在過去一年多時間里，越來越多人意識到ZK這種密碼學工具的強大，我們也看到很多零知識證明應用的興起，比如隱私社交、隱私投票、隱私DAO等等。實際上，零知識證明的應用非常廣闊，有鏈上隱私需求的應用都可能會用到零知識證明。

在剛剛結束的ETHSanFrancisco2022期間的ETHGlobal黑客松活動中，MantaNetwork密碼學開發團隊的小伙伴們就在短短36個小時的時間里做出了一款基于zkSNARK的德撲游戲，并在ApeCoin、ENS、SKALE、Optimism主辦的四個競賽單元拿到獎項。

很多人所熟知的DarkForest就是基于zkSNARK的一款實時策略游戲。非完全信息游戲即玩家不掌握全部狀態的游戲，比如在撲克中，玩家手中的牌是私密信息，摸牌的過程也是完全隱私的。非完全信息的有趣之處就在于可以催生一系列復雜的游戲策略。

亞馬遜推出類似元宇宙游戲指導用戶如何運用AWS:3月16日消息，亞馬遜發布了一款類似元宇宙的在線角色扮演游戲。在這款名為“AWS Cloud Quest”的游戲中，用戶可以創建自己的虛擬角色，在虛擬城市中穿梭，幫助居民解決與云相關的技術問題。亞馬遜表示，推出Cloud Quest是為了幫助解釋亞馬遜云服務（AWS）核心服務和類別，包括計算、存儲、數據庫和安全服務，以及指導基本云解決方案的構建。（CNBC）[2022/3/16 13:59:49]

在公共區塊鏈上，由于鏈上數據的公開透明，很難構建非完全信息游戲。但是，通過零知識證明技術，玩家可以保持在保持隱私狀態的同時，公開提交可驗證的有效動作。

在此次的黑客松活動中，MantaNetwork基于zkSNARK構建了一款鏈上德撲洗牌和發牌系統。這套系統主要解決了鏈上德撲游戲中存在的兩個問題：如何公平地進行洗牌以及如何隱蔽地在玩家間發牌。

維珍銀河董事長：PayPal消息傳出后各大銀行討論如何支持比特幣:維珍銀河董事長Chamath Palihapitiya今晨發推表示，PayPal消息傳出后，各大銀行都在開會討論如何支持比特幣。它不再僅作為一個選項。[2020/10/22]

本質上，基于零知識證明的鏈上德撲，讓發牌主體去中心化，莊家無法通過控制發牌來控制牌局。

在Web2中心化客戶端里玩德撲，會遇到這樣的情況，可能性極小的牌，剛好就發給你了。大概率能得到的牌，卻出不來。

目的就是借發牌操縱牌局，讓你的對手，在線下贏牌概率極低的情況下，在線上恰好贏你。

這就是為什么我們需要去中心化德撲。

ZKShuffle系統有三個功能：

復旦大學教授許多奇：當今國際社會首當其沖的問題是如何判定數字貨幣法律性質:日前在金融法治菁英論壇上，復旦大學法學院教授許多奇表示，如何監管加密數字貨幣是當今國際社會普遍關注的問題，而首當其沖的問題是加密數字貨幣的法律性質判定問題，司法機關有關加密數字貨幣屬性的判定能否成為實現有效監管的基礎？在眾多司法轄區的多種監管思路中我們應作何種選擇？對于這些問題的思考和深入研究對于實現對加密數字貨幣的有效監管大有裨益。（中國貿易報）[2020/4/29]

ZKShuffle.setup：每位玩家都生成一個密鑰對，并將每個人對應的公鑰放在一起生成一副聚合公鑰。

ZKShuffle.shuffle_encrypt:在進行洗牌時，每位玩家都需要依次調用shuffle_encrypt。

聲音 | 陳建奇：區塊鏈應用還在于如何構建讓區塊鏈技術有效運行的機制:據人民日報無線新媒體報道，中共中央黨校國際戰略研究所世界經濟室副主任陳建奇指出，區塊鏈最核心的創新在于解決信任問題，非對稱加密是區塊鏈技術基礎。區塊鏈應用不僅在于技術，還在于如何構建讓區塊鏈技術有效運行的機制。他強調，區塊鏈技術進步面臨的挑戰也不容低估：一是量子計算的發展對加密技術的沖擊；二是區塊鏈技術在貨幣金融領域的應用與有效監管的問題；三是用戶規模的問題，不同應用的用戶不足以認證；四是不同應用區塊鏈平臺之間的對接問題。[2019/12/29]

為了保證加密和解密可以任意順序進行，這里我們用到的是同態加密方案。比如說，本局游戲中有三位玩家，在經過一輪加密后，每張牌都會有三個加密鎖：Card{Alice,Bob,Charlie}。

聲音 | 海爾集團董事局主席：如何利用區塊鏈改變企業未來:海爾集團董事局主席、首席執行官張瑞敏在近期參加的活動時提出：產品會被場景替代，行業將被生態覆蓋。海爾以區塊鏈為載體，以分布式賬本彼此間分享基于物聯網的數據資源，一方面不斷優化用戶體驗，一方面所有生態攸關方均得到增值，多方共贏。海爾依據自身優勢在區塊鏈領域展開了3個方向的探索：第一，以先發優勢，參與制定區塊鏈標準；第二，以延伸效應，賦能產業生態；第三，以區塊鏈思維，變革組織結構。（IT168）[2019/11/19]

ZKShuffle.decrypt:如果想要向一位指定玩家發牌，每個玩家都需要調用解密功能。比如說，如果游戲的邏輯是要將牌發給Charlie，正確的順序應該是：Alice拿到加密牌Card{Alice,Bob,Charlie}，用她的密鑰進行解密，然后將解密后的牌Card{Bob,Charlie}在鏈上進行提交，同時提交一個零知識證明來驗證解密的有效性。

Bob在鏈上拿到Alice提交的這張部分解密的牌Card{Bob,Charlie}后，再用自己的密鑰進行解密，并在鏈上提交這張牌Card{Charlie}以及驗證解密有效性的零知識證明。最后Charlie就拿到了Card{Charlie}，只用他自己的密鑰解密就可以查看他的牌了。

MantaNetwork密碼學開發團隊用ZKShuffle構建了一套德州撲克demo，這是一個基于Solidity,React和Ether.js的去中心化應用。在這個demo中，每當一輪新的游戲開始，所有的玩家都要進行一輪設置，以保證在鏈上的這幅撲克牌是公平洗過的。然后，每位玩家都需要進行一輪解密后拿到兩張牌。這些，玩家就可以在一條EVM區塊鏈上玩德州撲克啦。

Manta目前已將這個DApp部署在了OptimismGoerli,EthereumGoerli和Skale區塊鏈上。

實現原理

整個項目由3部分組成：

ZK電路；

用于驗證解密和洗牌的智能合約，包括ZKShuffle合約和游戲邏輯合約DApp前端，使用React和ether.js以及CircomlibJS庫構建的Demo；

CircomlibcryptographicJS庫。

在Circom的實現中，采用ElGamal加密方案，并使用現有的Circom庫，如poseidonhashes。

加密電路有87308個R1CS約束，在DApp中的證明生成時間為4.5秒。解密電路有1522個R1CS約束，在DApp中的證明生成時間為0.1秒。使用SnarkJs來生成DApp中的零知識證明。

智能合約由兩部分組成：ZKShuffle框架合約和德撲游戲邏輯合約。ZKShuffle合約簡易封裝了ZKP驗證邏輯和兩個電路。邏輯合約部署了一個狀態機，從RPC節點獲得游戲當前階段和輪到哪個玩家的次序。

DApp使用React框架和Ether.js實現，展示德撲桌面以及每位玩家的動作動畫。當需要玩家做出動作時，這個玩家只需點擊UI中的按鈕，使用metamask進行交易簽名即可。

觀看Demo

關于MantaNetwork

MantaNetwork致力于通過隱私保護構建一個更好的Web3世界。Manta的產品設計從第一性原理出發，通過zkSNARK等領先的密碼學架構為區塊鏈用戶提供端對端的隱私保護。在保障隱私的同時，Manta兼具互操作性、便捷性、高性能以及可審計性，允許用戶進行任意平行鏈資產間的隱私轉賬和交易。Manta的愿景是為整個區塊鏈世界提供更便捷的隱私保護服務。

Manta的創始團隊由多位加密貨幣資深人士，教授和學者組成，他們的經驗包括哈佛大學，麻省理工學院和Algorand。Manta的投資機構包括Polychain、ParaFi、BinanceLabs、Multicoin、CoinFund、Alameda、DeFiance以及Hypersphere等。Manta也是波卡官方Web3基金會資助獲得者，SubstrateBuilderProgram成員，伯克利大學區塊鏈加速器成員。

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