RES:Sin7y团队解读：关于Sinsemilla哈希函数在OlaVM中的应用

很高兴，我们在2022年7月25日发布了OlaVM，一个EVM兼容的ZKVM方案。由于ZKEVM本身一直是个热门的赛道，所以OlaVM一经发布，就很荣幸的受到了行业内大佬们的一些关注。

在这里，我们首先非常感谢DairaHopwood大佬(也是Zcash协议的主要作者)针对OlaVM的设计提出的一些问题。其中，比较核心的一点是ECDSA和Schnorr签名算法里Hash的选择问题，具体的表述如下图所示：

DairaHopwood的意思可以简单理解为:SinsemillaHash的安全级别只有collision-resistant,因此不能当做一个randomoracle(RO)；而在ECDSA和Schnorr签名算法中，为了足够的安全，需要要求这个Hash可以当做randomoracle(RO)。为了能更好的理解，我们需要先了解一些概念。

1.cryptographichashfunction(CHF)的安全属性有哪些?

根据论文?CryptographicHash-FunctionBasics里的定义可知，CHF对应的安全属性有以下3类：

??preimage-resistance?—基本上对于所有预先指定输出，要找到任何散列到该输出的输入，在计算上是不可行的，例如，当给定任意未知输入的y时，要找到使?h(x')=y?的所有原像(preimage)x'。

FTX钱包内持有的代币总价值跌破1亿美元:金色财经报道，据Dune Analytics最新数据显示，FTX钱包内持有的代币总价值已跌破1亿美元，截至目前为99,310,387美元，当前FTX持有价值最大的代币为DAI，总计42,762,980枚，约合42,905,424美元，占比约43.2%。[2022/11/13 12:58:42]

??2nd-preimageresistance?—?要找到与任何指定输入具有相同输出的任何第二输入，在计算上是不可行的，例如，给定x，要找到一个第二原像x'=x，使?h(x')=?h(x)。

??collisionresistance?—要找到任意两个散列到相同输出的不同输入，在计算上是不可行的，例如，使h(x')=?h(x)。

需要注意的是：

a.2nd-preimageresistance可以归约为collisionresistance，即collisionresistance满足，则2nd-preimageresistance必定满足。

b.?preimage-resistance不可以归约为collisionresistance，即collisionresistance满足，则preimageresistance未必满足。

2.什么是randomoracle(RO)？

randomoracle(RO)用以下模型来描述：

CZ：币安在新加坡未被禁止，只是暂无牌照:11月9日消息，Nansen首席执行官Alex Svanevik发推表示新加坡很多人在FTX中持有资金，因为币安在新加坡被禁止，币安创始人赵长鹏（CZ）回复称，币安在新加坡未被禁止，只是还没有牌照。[2022/11/9 12:38:27]

?有一个黑盒子。盒子里住着一个侏儒，还有一本大书和一些骰子。

?我们可以向盒子里输入一些数据。

?给定侏儒一些事先没有看到的输入，他用骰子在一些常规空间中均匀且随机地生成一个新的输出。侏儒还会在书中写下输入和新生成的输出。

?如果给定侏儒一个已经看到的输入，他就用书来恢复他上次返回的输出，并再次返回。

简单来概括下RO的行为，假设输入为x：

??如果x之前输入过，则直接返回对应的H.

??如果x未曾输入过，则RO会在完全随机的在值域里生成一个由0,1组成的字符串。

需要注意的是：

??这里的完全随机意味着，连RO自己都不知道最终会是一个什么值，它是没有规则可循的，这是和Hash的主要区别，任何Hash都是有自己的计算规则的。

但是在现实的世界中，实现一个真正的RO是很困难的；因此，我们需要为RO寻找一个潜在候选者，需要尽可能的使得输出看起来是随机的。Hash函数是一个不错的选择，一个安全的Hash函数需要满足preimage-resistance、2nd-preimageresistance、collisionresistance。一个可以当做RO的Hash是肯定要满足这三个属性的，但是满足这三个属性的Hash不一定就可以当做RO；它们之间是一种必要不充分关系。更多的细节可以参考Whatisthe"RandomOracleModel"andwhyisitcontroversial?

央行副行长范一飞：推进数字人民币实现一码通扫:金色财经报道，中国人民银行副行长范一飞日前表示，要推动数字身份、报文规范、二维码制、蓝牙和NFC等方面规范和标准的统一，实现数字人民币体系与传统电子支付工具的互联互通，让消费者可以“一码通扫”，商户也不用增加成本即可支持各类支付工具。（澎湃新闻）[2022/9/10 13:21:15]

3.Hash在ECDSA和Schnorr签名算中的要求?

在论文OnthesecurityofECDSAwithadditivekeyderivationandpresignatures和OntheExactSecurityofSchnorr-TypeSignaturesintheRandomOracleModel中提到，ECDSA和Schnorr签名算法里的Hash函数都需要可以被认为是RO，才是安全的。根据前面的描述，则这个Hash需要满足CHF的所有安全属性preimage-resistance、2nd-preimageresistance、collisionresistance。

英国央行：投资者对某些稳定币的信心已经明显减弱:7月5日消息，英国央行称，投资者对某些稳定币的信心已经明显减弱。(金十)[2022/7/5 1:52:17]

4.关于Sinsemilla哈希函数?

Sinsemilla哈希函数是由DairaHopwood和SeanBowe?一起设计，底层依赖ECDLP(EllipticCurveDiscreteLogarithmProblem)。在固定长度的输入下，Sinsemilla哈希函数满足collisionresistance，不满足preimageresistant属性，原因可以参考DairaHopwood的回答。

根据Zcash协议说明书，设计Sinsemilla哈希函数的初衷是为了在零知识证明算法Halo2的执行过程中，充分利用Lookup-friendly的优势，来提高Halo2的执行效率；因此，Sinsemilla哈希函数是一个Lookup-friendly的哈希函数，它更适合用于承诺的计算和Merkletreeroot的计算。

5.总结

再次感谢DairaHopwood的指导，让我们对cryptographichashfunction?(CHF)的使用有了更深的认知。我们将继续广泛听取意见，在高效性和安全性方面对设计方案进行持续优化。

迈阿密市长：比特币可以成为一种全球货币:金色财经报道，在最近瑞士达沃斯举行的世界经济论坛上，迈阿密市长Francis Suarez苏亚雷斯表示，他在世界经济论坛上的角色与他在比特币迈阿密活动上的角色不同。在达沃斯，这位市长指出，他扮演了一个“布道者的角色”，向人们介绍比特币。他解释说，他试图让人们明白，这项技术将影响“许多人的生活”。除此之外，苏亚雷斯还讨论了比特币作为全球货币的潜力。市长强调，比特币为民主化，甚至“颠覆社会主义政权”提供了各种机会。此外，他说比特币“创造了信任，这是货币系统应该建立的基础”。苏亚雷斯的一些薪水是用比特币支付的，他大部分时间都用比特币。他强调，他相信加密背后的技术，并认为有一天他可以把它给他的孩子们。（cointelegraph）[2022/6/4 4:02:28]

Sinsemilla哈希函数会仍然用于Olavm设计中的其他合适模块；签名部分的Hash函数，我们将会在安全的哈希函数中，择优选择，比如Poseidon哈希函数、ReinforcedConcrete哈希函数等。

参考

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

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

3.Zcash协议: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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来源：金色财经

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