零知识证明：zk-SNARKs、zk-STARKs、电路与隐私应用

// Groth16 验证合约在以太坊上的核心逻辑
// 使用 bn128 曲线配对检查

function verifyProof(
    uint256[2] memory a,           // 证明元素 A（G1）
    uint256[2][2] memory b,        // 证明元素 B（G2）
    uint256[2] memory c,           // 证明元素 C（G1）
    uint256[1] memory input        // 公开输入
) public view returns (bool) {
    // 验证：e(A, B) == e(alpha, beta) * e(C, delta) * e(IC, gamma)
    // 使用以太坊的 bn128Pairing 预编译合约
    require(input.length + 1 == vk.IC.length, "Input mismatch");

    uint256[24] memory pairingData;
    // ... 构造配对数据 ...

    bool result;
    assembly {
        // 调用预编译合约 0x08（bn128 paring check）
        let success := staticcall(sub(gas(), 2000), 8, pairingData, 0x300, result, 0x20)
    }
    return result;
}

// Type 4 zkEVM 中开发者需要注意的兼容差异
contract ZkEvmDifferences {
    // 1. 某些 EVM 预编译合约不可用或不相同
    //    如 KECCAK256 在 zkSync 中 gas 成本不同

    // 2. 地址空间不同
    //    CREATE2 的地址计算有细微差别

    // 3. 某些 opcode gas 成本不同
    //    SSTORE 在 zkSync 中可能更贵或更便宜

    // 4. 原生不是 ETH，而是底层链的 token
    //    msg.value 的行为可能与 L1 不同
}

# 1. 编译电路
circom merkle_proof.circom --r1cs --wasm --sym

# 2. 可信设置（PlonK 方案，仅需单阶段）
snarkjs plonk setup merkle_proof.r1cs powersOfTau28_hez_final_20.ptau merkle_proof.zkey

# 3. 导出验证密钥
snarkjs zkey export verificationkey merkle_proof.zkey verification_key.json

# 4. 生成证明（witness 从输入计算得出）
node merkle_proof_js/generate_witness.js merkle_proof_js/merkle_proof.wasm input.json witness.wtns
snarkjs plonk prove merkle_proof.zkey witness.wtns proof.json public.json

# 5. 验证证明
snarkjs plonk verify verification_key.json public.json proof.json

# 6. 生成 Solidity 验证合约
snarkjs zkey export solidityverifier merkle_proof.zkey verifier.sol

// 由 snarkjs 自动生成的 PlonK 验证合约（简化示意）
contract PlonkVerifier {
    // 使用 bn128 预编译验证 PlonK 证明
    function verifyProof(
        bytes memory proof,
        uint256[] memory publicSignals
    ) public view returns (bool) {
        // 解析 proof 的各个元素
        // 调用 pairing check 验证
        // 验证公开输入的多项式求值
        // ... 具体实现由 snarkjs 自动生成
        return true;
    }
}

// Tornado Cash 核心逻辑（概念演示，非完整代码）
contract TornadoCash {
    // Merkle Tree 相关
    uint256 public constant LEVELS = 20;
    uint256 public constant MAX_AMOUNT = 2**LEVELS;
    bytes32[LEVELS] public filledSubtrees;
    bytes32 public root;
    uint256 public nextIndex = 0;

    mapping(bytes32 => bool) public nullifierHashes; // 防止双花
    mapping(bytes32 => bool) public roots;           // 历史根

    IVerifier public verifier;
    uint256 public denomination;

    event Deposit(bytes32 indexed commitment, uint32 leafIndex, uint256 timestamp);
    event Withdrawal(address to, bytes32 nullifierHash);

    // 存入：用户提交一个 commitment = hash(secret, nullifier)
    function deposit(bytes32 _commitment) external payable {
        require(msg.value == denomination, "Wrong amount");
        require(nextIndex < MAX_AMOUNT, "Full");

        uint256 insertedIndex = nextIndex;
        nextIndex++;

        // 更新 Merkle Tree
        bytes32 currentHash = _commitment;
        for (uint256 i = 0; i < LEVELS; i++) {
            if (insertedIndex % 2 == 0) {
                filledSubtrees[i] = currentHash;
                currentHash = hashLeftRight(currentHash, zeros(i));
            } else {
                currentHash = hashLeftRight(filledSubtrees[i], currentHash);
            }
            insertedIndex /= 2;
        }
        root = currentHash;
        roots[root] = true;

        emit Deposit(_commitment, uint32(nextIndex - 1), block.timestamp);
    }

    // 取出：证明"我知道某个 secret，其 commitment 在树中，且不重复提取"
    function withdraw(
        bytes calldata _proof,
        bytes32 _root,
        bytes32 _nullifierHash,
        address _recipient
    ) external {
        require(roots[_root], "Root not found");
        require(!nullifierHashes[_nullifierHash], "Already spent");

        // 构建公开输入：root、nullifierHash、recipient（可能哈希后）
        uint256[] memory publicInputs = new uint256[](3);
        publicInputs[0] = uint256(_root);
        publicInputs[1] = uint256(_nullifierHash);
        publicInputs[2] = uint256(uint160(_recipient));

        require(verifier.verifyProof(_proof, publicInputs), "Invalid proof");

        nullifierHashes[_nullifierHash] = true;
        payable(_recipient).transfer(denomination);

        emit Withdrawal(_recipient, _nullifierHash);
    }
}

// Groth16 验证器（典型实现）
function verifyGroth16(
    uint256[2] memory a,
    uint256[2][2] memory b,
    uint256[2] memory c,
    uint256[] memory input
) public view returns (bool) {
    // e(A,B) · e(C,D) = e(E,F) 的配对检查
    // 使用以太坊 0x08 预编译
}

// PlonK 验证器（典型实现）
function verifyPlonk(
    bytes memory proof,
    uint256[] memory publicInputs
) public view returns (bool) {
    // 多轮多项式承诺检查
    //  lagrange 基求值 + KZG 承诺 + batched opening
}

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

// Groth16 验证合约（由 snarkjs 自动生成，简化后）
contract MultiplierVerifier {
    // bn128 曲线基点和验证密钥常量
    uint256 constant SNARK_SCALAR_FIELD = 21888242871839275222246405745257275088548364400416034343698204186575808495617;

    struct VerifyingKey {
        uint256[2] alpha1;
        uint256[2][2] beta2;
        uint256[2][2] gamma2;
        uint256[2][2] delta2;
        uint256[2][] IC;
    }

    VerifyingKey public vk;

    constructor() {
        // 初始化验证密钥（实际部署时替换为 setup 输出）
        vk.alpha1 = [uint256(1), uint256(2)];
        vk.beta2 = [[uint256(1), uint256(2)], [uint256(3), uint256(4)]];
        vk.gamma2 = [[uint256(1), uint256(2)], [uint256(3), uint256(4)]];
        vk.delta2 = [[uint256(1), uint256(2)], [uint256(3), uint256(4)]];
    }

    function verifyProof(
        uint256[2] memory a,
        uint256[2][2] memory b,
        uint256[2] memory c,
        uint256[1] memory input
    ) public view returns (bool) {
        // 线性组合 IC
        uint256[2] memory vk_x = vk.IC[0];
        for (uint256 i = 0; i < input.length; i++) {
            require(input[i] < SNARK_SCALAR_FIELD, "Input too large");
            vk_x = _addG1(vk_x, _scalarMulG1(vk.IC[i + 1], input[i]));
        }

        // 配对检查：e(a, b) == e(vk_x, gamma2) * e(c, delta2) * e(alpha1, beta2)
        bool result = _pairingCheck(a, b, vk_x, c);
        return result;
    }

    // 以下为 G1/G2 算术和配对检查的占位实现
    // 生产环境应使用 OpenZeppelin 的 Verifier 模板或 snarkjs 生成

    function _addG1(uint256[2] memory p1, uint256[2] memory p2)
        internal
        pure
        returns (uint256[2] memory)
    {
        // G1 点加法（简化示意，需完整 bn128 实现）
        return [p1[0] + p2[0], p1[1] + p2[1]];
    }

    function _scalarMulG1(uint256[2] memory p, uint256 s)
        internal
        pure
        returns (uint256[2] memory)
    {
        return [p[0] * s, p[1] * s];
    }

    function _pairingCheck(
        uint256[2] memory a,
        uint256[2][2] memory b,
        uint256[2] memory vk_x,
        uint256[2] memory c
    ) internal view returns (bool) {
        // 生产环境调用 evm 地址 0x08 的 bn128 pairing 预编译
        // 这里为示意简化
        uint256[24] memory input;
        input[0] = a[0]; input[1] = a[1]; // A in G1
        input[2] = b[0][0]; input[3] = b[0][1]; input[4] = b[1][0]; input[5] = b[1][1]; // B in G2
        input[6] = vk_x[0]; input[7] = vk_x[1];
        input[8] = vk.gamma2[0][0]; input[9] = vk.gamma2[0][1]; input[10] = vk.gamma2[1][0]; input[11] = vk.gamma2[1][1];
        input[12] = c[0]; input[13] = c[1];
        input[14] = vk.delta2[0][0]; input[15] = vk.delta2[0][1]; input[16] = vk.delta2[1][0]; input[17] = vk.delta2[1][1];
        input[18] = vk.alpha1[0]; input[19] = vk.alpha1[1];
        input[20] = vk.beta2[0][0]; input[21] = vk.beta2[0][1]; input[22] = vk.beta2[1][0]; input[23] = vk.beta2[1][1];

        bool success;
        uint256[1] memory output;
        assembly {
            success := staticcall(sub(gas(), 2000), 8, input, 0x300, output, 0x20)
        }
        return success && output[0] == 1;
    }
}