铜锁/Tongsuo是一个提供现代密码学算法和安全通信协议的开源基础密码库，为存储、网络、密钥管理、隐私计算等诸多业务场景提供底层的密码学基础能力，实现数据在传输、使用、存储等过程中的私密性、完整性和可认证性，为数据生命周期中的隐私和安全提供保护能力。

项目地址：https://github.com/Tongsuo-Project/Tongsuo

安装Tongsuo

本节将介绍如何在ubuntu的虚拟机中安装Tongsuo。

常见的安装方法有两种：直接安装和使用docker安装，没有本质上的区别，docker只是更方便我们卸载，你可以省略前面的安装dockers过程，直接到Tongsuo的安装步骤。

安装docker

在这一步，建议大家进入root权限

卸载旧版本

ubuntu下自带了docker的库，不需要添加新的源。
但是ubuntu自带的docker版本太低，需要先卸载旧的再安装新的

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sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

(su)apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

获取软件最新源

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sudo apt-get update

安装 apt 依赖包

用于通过HTTPS来获取仓库

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sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

安装GPG证书

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curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

验证

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sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88

设置稳定版仓库

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sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

安装 Docker Engine-Community

更新 apt 包索引

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sudo apt-get update

以下两种安装方式，选择一种即可

安装最新版本

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sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

安装特定版本

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apt-cache madison docker-ce

测试

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sudo docker run hello-world

启动

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systemctl start docker

停止

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systemctl stop docker

重启

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systemctl restart docker

查看安装的dockers版本

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sudo docker version

安装tongsuo容器

安装 docker 成功之后，打开你的命令行工具，并执行如下命令，创建一个 docker 容器：

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docker run -d -it --name tongsuo_lab ubuntu:20.04 bash

继续在命令行中执行如下命令，进入 docker 容器：

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docker exec -it tongsuolab bash

此时docker安装成功，并且创建容器

下载Tongsuo密码库

我们将在容器中下载同事密码库。因为 ubuntu 自带 apt 命令，因此可以用过 apt 命令安装 git 命令下载铜锁密码库，并通过 make 命令编译它。

首先，我们先更新软件包索引，执行如下命令：

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apt update

接着安装 git gcc, make开发工具：

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apt install git gcc make -y

使用 git 命令克隆铜锁密码库的代码

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git clone https://github.com/Tongsuo-Project/Tongsuo.git

接着，对铜锁密码库进行一些配置，进入到 Tongsuo 文件夹下，执行如下命令：

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cd Tongsuo

此时我们要开始编译，注意编译的时候要选择好你想使用的配置，常见的有：

  • enable-xx：编译 xx 算法、协议或者功能，比如 我想使用bulletproof，就要enable-bulletproofs，根据自己的需求添加即可
  • –prefix=DIR：指定 openssl 的安装目录，如果只是想生成库文件，没有必要执行 make install 命令，也就可以不用指定该选项，默认值：/usr/local
  • -Wl,-rpath,/opt/tongsuo/lib：rpath 指定编译出的 openssl 二进制程序依赖的 libcrypto.so 和 libssl.so 目录，效果与 LD_LIBRARY_PATH 和 DYLD_LIBRARY_PATH环境变量一样
  • –debug：如果需要 gdb 或者 lldb 调试需要加这个选项

例如：

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./config --prefix=/opt/tongsuo enable-bulletproofs enable-paillier enable-ntls enable-ssl-trace -Wl,-rpath,/opt/tongsuo/lib64 --debug

./config --prefix=/opt/tongsuo -Wl,-rpath,/opt/tongsuo/lib enable-bulletproofs

关于更多的编译选项请看：https://www.yuque.com/tsdoc/ts/rp7ul8a4ttav8ql9

最后，执行如下命令进行编译和安装：

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make -j
make install

此时，便安装成功了，可以通过如下命令查看安装情况：

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ls -l /opt/tongsuo

以及通过 /opt/tongsuo/bin/tongsuo version 命令查看铜锁密码库的版本

Tongsuo的零知识证明

零知识证明（ZKP，Zero Knowledge Proof）是隐私计算和区块链领域中非常重要的密码学技术，能够在证明者不向验证者提供任何有用信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。

Tongsuo使用的零知识证明技术是Bulletproofs，这是一种相比于zk-SNARKs和 zk-STARKs 更加高效和紧凑的零知识证明方案。具体介绍可以见：https://www.yuque.com/tsdoc/ts/bulletproofs

本文介绍Tongsuo的零知识证明中一些需要注意的事。

编译注意事项

如果你想使用Bulletproofs算法，切记在Tongsuo代码拉去后编译时，添加enable-bulletproofs，例如：

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./config --prefix=/opt/tongsuo enable-bulletproofs enable-paillier enable-ntls enable-ssl-trace -Wl,-rpath,/opt/tongsuo/lib64 --debug

基本的零知识证明

对于零知识证明，一般分为四步：公共参数，证据，证明，验证。详情可以看：https://www.yuque.com/tsdoc/ts/bulletproofs#RoXBu，下面我说一些值得注意的事情。

首先，官网给出的命令行是这样子的：

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$ tongsuo bulletproofs -ppgen -out ./pp.pem -curve_name sm2 -gens_capacity 16 -party_capacity 4

很显然不能直接用，我们要修改路径，把tongsuo修改成自己的路径，例如我的就是：

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/opt/tongsuo/bin/tongsuo bulletproofs -ppgen -out ./pp.pem -curve_name sm2 -gens_capacity 16 -party_capacity 4

后续指令同理。

基于Tongsuo的range_proof

Tongsuo的官方说明文档给出了一个range_proof的教程：https://www.yuque.com/tsdoc/ts/bulletproofs-range。本文给出一些简单的补充。

在给出的demo例子中，如下

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/bulletproofs.h>

static int range_proofs_test(int bits, int64_t secrets[], int len)
{
    int ret = 0, i;
    BIGNUM *v = NULL;
    BP_TRANSCRIPT *transcript = NULL;
    BP_PUB_PARAM *pp = NULL;
    BP_WITNESS *witness = NULL;
    BP_RANGE_CTX *ctx = NULL;
    BP_RANGE_PROOF *proof = NULL;

    v = BN_new();
    
    /* 创建交互抄本对象，证明者和验证者需要使用相同的方法和标签，否则验证失败 */
    transcript = BP_TRANSCRIPT_new(BP_TRANSCRIPT_METHOD_sha256(), "test");
    
    /* 创建公共参数对象，这里最大的批量验证个数为8 */
    pp = BP_PUB_PARAM_new_by_curve_id(NID_secp256k1, bits, 8);

    if (v == NULL || transcript == NULL || pp == NULL)
        goto err;

    /* 创建该公共参数下的证据对象 */
    witness = BP_WITNESS_new(pp);
    if (witness == NULL)
        goto err;

    for (i = 0; i < len; i++) {
        if (!BN_lebin2bn((const unsigned char *)&secrets[i], sizeof(secrets[i]), v))
            goto err;

        /* 往证据对象中提交明文证据，由于是 range proof，不需要绑定名称，所以名称可以直接传 NULL */
        if (!BP_WITNESS_commit(witness, NULL, v))
            goto err;
    }

    /* 创建 range proof 上下文对象 */
    ctx = BP_RANGE_CTX_new(pp, witness, transcript);
    if (ctx == NULL)
        goto err;

    /* 创建证明对象 */
    proof = BP_RANGE_PROOF_new_prove(ctx);
    if (proof == NULL)
        goto err;

    /* 验证证明对象是否有效 */
    if (!BP_RANGE_PROOF_verify(ctx, proof))
        goto err;

    ret = 1;
err:
    BP_RANGE_PROOF_free(proof);
    BP_RANGE_CTX_free(ctx);
    BP_WITNESS_free(witness);
    BP_PUB_PARAM_free(pp);
    BP_TRANSCRIPT_free(transcript);
    BN_free(v);

    return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, ret;
    int64_t secrets[16];

    if (argc <= 1 || argc >= sizeof(secrets)/sizeof(secrets[0])) {
        printf("Invalid parameter!\n");
        return -1;
    }

    printf("number: ");
    for (i = 1; i < argc; i++) {
        secrets[i-1] = atoi(argv[i]);
        printf("%lld ", secrets[i-1]);
    }

    /* 这里指定的位数为16，即 range 范围为：[0, 65535] */
    ret = range_proofs_test(16, secrets, argc - 1);

    printf("%s range: [0, 65535]\n", ret == 1 ? "in" : "not in");

    return 0;
}

需要注意的是：argc表示命令行输入参数的个数，其中从第二个参数开始才表示我要验证的数字，例如

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./range_proof 11 22 65535

./range_proof是第一个参数，11 22 65535才表示我想要验证的数字。

此外，这个程序很明显经历了零知识证明中必须的四步：公共参数，证据，证明，验证。

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transcript = BP_TRANSCRIPT_new(BP_TRANSCRIPT_METHOD_sha256(), "test")

所谓交互抄本，主要是指零知识证明中双方交流的有效信息，其中的"test"可以更改成任意值。

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pp = BP_PUB_PARAM_new_by_curve_id(NID_secp256k1, bits, 8);

创建公共参数中，选取了根据椭圆曲线的id生成公共参数的方法

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witness = BP_WITNESS_new(pp);

这是根据公共参数生成证据对象。

然后就是根据证据对象和输入，生成证明和验证。

此外，在编译的时候，我们也需要修改官方文档给出的命令行示例：

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gcc -Wall -g -o my_range_proof ./my_range_proof.c -I/opt/tongsuo/include -L/opt/tongsuo/lib64 -lcrypto -Wl,-rpath=/opt/tongsuo/lib64

./config --prefix=/opt/tongsuo -Wl,-rpath,/opt/tongsuo/lib enable-zkp-gadget enable-bulletproofs enable-nizk enable-twisted_ec_elgamal enable-ec_elgamal

需要修改你的Tongsuo安装目录，以及参数最后的依赖目录，这将决定range_proof.c的密码学库指向哪种依赖。