Zcash是bitcoin的分支,保留了bitcoin原有的模式,基于比特币0.11.2版代码修改的。Zcash钱包资金分2种:透明资金、私有资金,透明资金类似比特币资金;私有资金加强了隐私性,涉及到私有资金的交易是保密不可查的,透明资金与透明资金的交易是公开可查的。
Zcash被称为零币,与‘灵’同音,不好听,且有归零的感觉,统一称为Z币。Zcash主链的币叫ZEC,等同于BTC,测试链的币称为TAZ。
目前zcash仅支持linux系统(推荐ubuntu),不支持Windows、MAC,且只支持命令行,没有图形界面(zcash团队没人擅长GUI)。
地址Zcash中含有2种地址,实现bitcoin和zcash的兼容。
1、 透明资金地址taddr
类bitcoin地址,保存在UTXOs中,长度为34位。
命令./src/zcash-cli getnewaddress可以生成新的taddr地址。
例如:msFgKsVAia4aFB1qFGX7iJ3XjMZv6c26Ab
2、 私有资金地址zaddr
保存在notes对象中,长度为96位,前2位为标记,主链地址前2位是”zc”,spendingkey的前2位是”SK”,测试链的地址前2位是”tn”。
notes对象是加密的,解密才能查看,用的是chacha20-poly1305算法。
命令./src/zcash-cli z_getnewaddress可以生成新的zaddr地址。
例如:tngBSug9xvpqudziMc3QbfReHG6BeufHDbv4vEZDmnYqSpRbqu5USZqBTXENQGdUbYMkxqHbb9j3RmE
r7Lza8q7hbTQxZnM
具体生成过程看z_getnewaddress函数。
命令z_listaddresses获取节点钱包中的zaddr列表。
命令./src/zcash-cli zcrawkeygen可以查看地址、key等。
地址taddr实现了原有的bitcoin的功能,zaddr实现了zcash的功能。
taddr可以发送交易给taddr、zaddr,zaddr可以发送交易给taddr、zaddr。taddr与taddr的交易是透明可查的,涉及到zddr的交易就保密了。
零知识证明零知识证明是在不泄漏信息的情况下,生成证明,验证者通过验证证明确定是否正确。
Zcash使用了SCIPR实验室的零知识证明库libsnark,在此基础上做了修改。Zcash团队成员包含多个libsnark开发人员(不是全部)。修改如下:
1、 libsnark支持4种语言:"R1CS"、"BACS"、"USCS"、"TBCS",zcash使用了"R1CS"。
2、 libsnark支持3种椭圆曲线:"edwards"、"bn128"、"alt_bn128",zcash使用了"alt_bn128"。
3、 libsnark支持2个库:gadgetlib1、gadgetlib2,zcash使用了gadgetlib1,gadgetlib1是底层库,支持所有的R1CS预处理特征。
SCIPR实验室的libsnark:
https://github.com/scipr-lab/libsnark。Zcash修改后的libsnark:
https://github.com/zcash/libsnark。当zcash交易涉及到私有资金时,使用零知识证明生成证明(函数r1cs_ppzksnark_prover),保存到类JSDescription的proof中,校验交易时校验证明(函数r1cs_ppzksnark_verifier_strong_IC)。
libsnark看了看,知道怎么用的,但详细的也没看懂。
零知识证明白皮书:
https://eprint.iacr.org/2013/507.pdf交易透明资金发送到透明资金地址,可以调用bitcoin的RPC命令发送交易,涉及到私有资金、地址,只能用zcash的RPC命令了,目前是z_sendmany命令。
格式:
z_sendmany "fromaddress" [{"address":... ,"amount":...},...]
交易分3种情况:
1、 透明资金发送到透明地址
延用bitcoin的交易方式,仅仅打签名即可。
2、 透明资金发送到透明地址、私有地址
透明资金发送到透明地址,依然延用bitcoin的方式,发送到私有地址的需要构造证明,对整个交易签名发送。
3、 私有资金发送到透明地址、私有地址
每笔交易需要生成证明,涉及到找零、矿工费的处理,最后再签名发送。
交易中的透明地址、私有地址的输入、输出是不同的结构,涉及到私有地址的采用了新增的结构(JSInput、JSOutput),涉及到的私有地址的数据需要先签名解密解析数据。
详细过程参考函数z_sendmany:
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/wallet/asyncrpcoperation_sendmany.cpp#L126 生成证明参考函数perform_joinsplit:
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/wallet/asyncrpcoperation_sendmany.cpp#L804交易签名 Zcash私有资金交易时,不仅仅依靠零知识证明,而且对交易打签名,采用了ed25519算法。
zcash交易的零知识证明、签名需要的公钥、密钥使用ed25519算法生成的,详细参考函数crypto_sign_keypair。
签名参考函数sign_send_raw_transaction。
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/wallet/asyncrpcoperation_sendmany.cpp#L660挖矿算法 Zcash的挖矿算法是EquiHash,理论依据是广义生日悖论,目前有2个实现:BasicSolve、OptimisedSolve,BasicSolve主要用于测试用例,现在用的OptimisedSolve是优化后的,但依然存在优化空间。
EquiHash算法需要高内存,最优算法每个挖矿线程需要1G内存,短时间内很难出现低成本的矿机。
Zcash使用EquiHash计算解决方案,保存到区块头的nSolution,接收区块时校验。
BasicSolve实现:
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/crypto/equihash.cpp#L323OptimisedSolve实现:
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/crypto/equihash.cpp#L494块奖励zcash总量是2100万个币,每隔2.5分钟出一个块,每天576个块。
区块奖励分2个阶段:
1、 慢慢开始挖矿阶段
为了照顾在开始阶段不懂挖矿的,zcash采用了慢慢开始挖矿机制,前20000个块的奖励比较少,线程递增到12.5个币。
慢慢开始挖矿阶段也分2个阶段:
(1) 前10000个块,
块1的奖励是0.000625币,随着高度线性递增,增加幅度是0.000625币,块9999的奖励是6.249375币。
(2) 块10000~19999
块10000的奖励是6.250625,随着高度线性递增,增加幅度是0.000625币,块19999的奖励是12.5币。
前20000个块的奖励总量是125000币,相当于10000个块奖励是12.5个币的总量。产生10000个块需要的时间大约是17.3天,缓慢挖矿的时间周期(20000个块)大约是34.7天。
2、 正常块奖励
从块20000开始,奖励是12.5个币,奖励按照每840000个块(每4年)减半,计算块奖励时块高度减少10000,即940000块是第一次减半,每隔840000个块减半,以此类推。
不懂挖矿的矿工也不必着急,因为即使懂了,前20000个块的奖励很少,有1个月的时间搞定挖矿。
创始人奖励前4年(区块0~840000)产生的区块奖励的20%归zcash公司(总量的10%),80%归矿工。4年后的区块奖励全部归矿工。
创建区块时,构造2个输出,分别给矿工、创始人,当广播区块后,其他节点接受区块时,检验区块有效性,当高度小于840000时,检验是否有对创始人的20%的输出。
创始人奖励地址采用2/3多重签名FOUNDERS_REWARD_SCRIPT。
难度调整每产生一个区块都需要重新计算难度,难度计算基于前17个块(42.5分钟),前17个区块的难度是固定的(powLimit),从第18个区块开始调整难度,最大值是powLimit。
详细计算过程参考GetNextWorkRequired函数。
Bitcoin是每隔2016个块调整难度,关于zcash的每个块都要重新调整难度,有个讨论,参考:
https://github.com/zcash/zcash/issues/147CoinBase保护矿工挖矿的奖励不能直接发送给透明资金地址,只能发送给私有资金地址,然后才可以发送给透明资金地址。
币成熟期是100。
创建新块 Zcash每个挖矿线程都有自己的地址、计数器,每个线程挖出来的新块的块奖励的地址是不同的,做矿池的需要注意,改成一个地址。
参考函数BitcoinMiner(
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/src/miner.cpp#L442)。区块大小是2M。
挖矿工具 Zcash目前仅支持CPU挖矿,GPU的挖矿工具在研发中,尚未有人公开。
zcash支持2种挖矿方式:solo、矿池。
1、 Solo挖矿
在zcash.conf设置gen=1,启动zcashd即可挖矿。
2、 矿池
Zcash开发者str4d做了个矿池和挖矿工具,矿池地址:
http://zmine.io/,挖矿工具地址:https://github.com/str4d/zcash/tree/standalone-miner。 zcash-miner是zcash的分支,主要添加了stratum协议、cpu挖矿。
(1) stratum协议
采用了cpp-ethereum的stratum的实现,V2版,做了些修改,移除了eth协议中的命令。
参考commit:
https://github.com/str4d/zcash/commit/c5ea2cfb190944dfa23566561d1cb37dcb116833(2) cpu挖矿
把equihash算法做了些修改,接受矿池下发的难度来计算。
参考文件standaloneminer.cpp。
https://github.com/str4d/zcash/blob/standalone-miner/src/standaloneminer.cpp参数文件
Zcash有2个参数文件,包含了证明、验证key,分别是:z9-proving.key、z9-verifying.key,在~/.zcash-params目录下。z9-proving.key大概900M,z9-verifying.key大约14K。使用./zcutil/fetch-params.sh可以下载这2个文件。
程序启动初始化时(AppInit2),读取这2个文件中的证明、验证key,生成证明时需要证明key,验证证明时需要验证key。
API和RPC
Zcash保留了bitcoin的API、RPC,涉及到透明资金、地址的可以使用bitcoin的接口,涉及到私有资金、地址的只能用zcash新增的接口。
Zcash新增的接口包括查询余额、生成地址、发送交易等,如下:
• Accounting: z_getbalance, z_gettotalbalance
• Addresses : z_getnewaddress, z_listaddresses
• Keys : z_exportkey, z_importkey, z_exportwallet, z_importwallet
• Operation: z_getoperationresult, z_getoperationstatus, z_listoperationids
• Payment : z_listreceivedbyaddress, z_sendmany
详细信息参考文档
https://github.com/zcash/zcash/blob/master/doc/payment-api.md。挖矿硬件EquiHash白皮书讲了2点:
1、 GPU比CPU快4倍,
2、 ASIC是否可能实现
详细信息参考白皮书第10页。
https://www.internetsociety.org/sites/default/files/blogs-media/equihash-asymmetric-proof-of-work-based-generalized-birthday-problem.pdf加密库 Zcash使用了开源加密库libsodium(
https://github.com/jedisct1/libsodium),zcash使用了其中的chacha20-poly1305、blake2b、ed25519算法。chacha20-poly1305算法:
https://github.com/jedisct1/libsodium/blob/master/src/libsodium/include/sodium/crypto_aead_chacha20poly1305.hblake2b算法:
https://github.com/jedisct1/libsodium/blob/master/src/libsodium/include/sodium/crypto_generichash_blake2b.hed25519算法:
https://github.com/jedisct1/libsodium/blob/master/src/libsodium/include/sodium/crypto_sign.h保护隐私技术比较 目前市场上有3种保护隐私的币,分别是达世币DASH、门罗币XMR、Z币Zcash。
1、 达世币(暗黑币改名叫达世币)
DASH采用的混币CoinJoin的方案,把一些交易混合在一起,增加追踪的难度。
CoinJoin参考DASH币白皮书
http://www.8btc.com/dash-whitepaper2、 门罗币XMR
XMR采用了环签名,签名者利用自己的私钥以及环成员的公钥进行签名,验证者只能确定该签名来自环中的某个成员,但无法确定签名者的真实身份。
参考文档
http://www.doc88.com/p-1731949359328.html3、 Z币
Zcash的交易采用了零知识证明,隐藏交易信息。
这3种技术相比较来看,zcash的隐私保护性更好。
风险1、 zcash目前是由公司开发的,公司具有绝对的话语权,后续公司会成立基金会,zcash的开发交给基金会推进。如果zcash社区与公司、基金会出现意见分歧,而代码是开源的,可以硬分叉。
比如:有人对创始人奖励不满意,已经提议去掉创始人奖励。
2、 zcash的顾问包括:前任比特币核心开发人员Gavin、eth创始人Vitalik Buterin,zcash的发展会受到这2个人的影响。
比如:区块大小2M源于bitcoin classic。
参考Github:
https://github.com/zcash/zcash/issues/765注: zcash的有些技术点,我也一知半解,如果有不对的地方请指出来,对zcash技术有兴趣的可以加入QQ群377078828一起讨论。
作者:龙少
微博:007龙少
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