25 / 11 / 06
以下是对 Privacy Cash（也称 “zkcash”）协议在 Solana 链上实现的深度阅读与分析，重点涵盖其技术细节、核心概念及实现原理。本文尽可能清晰地呈现架构、加密机制、UTXO 模型、零知识证明流程、Merkle 树、nullifier 等。若有部分细节在源码或文档中略有省略，我会标注“资料所限”之处。
根据其官方 wiki，Privacy Cash 是一个在 Solana 上构建的隐私协议，允许用户将 SOL 代币（Solana 本链原生代币）存入一个共享隐私池（shielding），然后可从该池中向任意地址提款，而无需公开存款地址与提款地址之间的关联。 (DeepWiki )
存入 (“Shield SOL”)：用户将 SOL 存入隐私池，生成一个承诺 (commitment) 并加入 Merkle 树。 (DeepWiki )
提款 (“Withdraw SOL”)：用户通过零知识证明 (zk-SNARK) 验证其对某存款 UTXO 的所有权及未被消费状态，从池中提取至任意地址，而无需公开其原始存款关联。 (DeepWiki )
设计目标：隐匿存款-取款之间的链上可观测关联，同时保证系统正确性（未双花、金额守恒、生成的新 UTXO 合法等）。 (DeepWiki )
此协议还显示其称为“符合 Office of Foreign Assets Control (OFAC) 合规”的隐私协议。 (Coinfomania )
下面分条说明其关键技术组件与概念。
协议中提到几个核心机制：
Commitments（承诺）：用于隐藏 UTXO（未花费输出）所属者、公钥、金额、盲因子（blinding factor）等。wiki 中以 “Hash(amount, public_key, blinding_factor)” 为例。 (DeepWiki )
Nullifiers（空化器）：用于防止双重支付。每当一个 UTXO 被花费（withdraw）时，其对应的 nullifier 被公开或加入记录，以防再次花费。wiki 里注明：“Hash(commitment, merkle_path, signature)” 作为 nullifier。 (DeepWiki )
Merkle 树：存储所有承诺 (commitments) 的根结构，用于生成包含证明 (membership proofs)。wiki 中提到 “Sparse tree of height 26” 作为示例高度。 (DeepWiki )
零知识证明 (Zero-Knowledge Proofs)：协议采用 zk-SNARKs（Groth16）来证明用户对某承诺/UTXO 的所有权、未被消费状态、以及金额守恒等，而不会泄露其具体输入/输出、地址、金额等。 (DeepWiki )
协议不是账户模型，而类似于 UTXO 模型（未花费输出）。wiki 描述如下：
每次存款 (deposit) 会创建一个或多个新的 UTXO（承诺），并加入 Merkle 树。 (DeepWiki )
提款 (withdraw) 消耗（花费）现存 UTXO，并（如有找零）创建新的 UTXO。 (DeepWiki )
所有 UTXO 的实际数据（金额、所有者私钥等）加密或存储在链下，链上仅存储承诺哈希与根等。 “Only commitment hashes are stored on‐chain in the Merkle tree.” (DeepWiki )
wiki 提到协议使用 Groth16 zk-SNARK，需要一个可信设置的多方礼仪 (multi-party ceremony) 来生成证明密钥(proving key)与验证密钥(verifying key)。只要参与者中至少一人销毁其秘密，设置即安全。 (DeepWiki )
wiki 列出若干组件：
zkCash Solana Program（链上程序／智能合约）
Indexer Service（用于索引 UTXO 承诺、nullifier 等）
Webhook Processing / Data Services / Client Scripts
Transaction Processing / UTXO Management & Encryption
这些组件合起来支持从用户界面到链上程序、隐私池管理、脱链存储、证明生成与验证。 (DeepWiki )
下面逐项深入说明协议在实现时的技术细节。
用户选择要“屏蔽”的 SOL 数量。
用户生成一个新的 UTXO，内部原理通常包括：
随机生成一个 “盲因子” 或 “秘密随机数” (blinding factor) 和（可能）一个密钥对或公钥。
使用哈希函数对 (金额, 接收者公钥?, 盲因子) 生成一个“承诺”(commitment)。Wiki 给出的简化形式为 Hash(amount, public_key, blinding_factor). (DeepWiki )
将这个承诺作为叶子插入 Merkle 树中。链上只存入该承诺哈希与更新后的 Merkle 根 (或提交后可检索的根)。
用户将 SOL 发送到隐私池。程序将该金额锁定（或转入池合约中）。存款操作不公开用户地址与投入资产的来源与目的。
用户保存该 UTXO 的私密信息（即盲因子、相关 witness、Merkle 路径等），以备将来提款。
用户希望将资金从隐私池提款到某目标地址。
用户从其保存的 UTXO 私密数据出发，生成一个零知识证明 (proof)，该证明通常需要满足：
我知道一个 UTXO（即某叶子的承诺）在当前 Merkle 树中（membership proof）——即该承诺属于隐私池。
我知道承诺对应的秘密盲因子／所有权数据，从而我有权花费该 UTXO。
我没有曾用于花费（即相应的 nullifier 尚未被使用）——防止双花。
如果有 “找零” 输出，新创建的 UTXO 合法、金额守恒（输入金额 = 输出金额 + fee）。
用户向链上提交提款交易，其中包括：证明 (proof)、根 (root) 或相关 Merkle 路径、nullifier 或 nullifier 哈希、目标提款地址、（如有）找零输出的承诺等。
链上程序（合约／Solana 程序）验证：
提交的 root 在其状态中是最新／合法的。
证明有效（使用验证密钥验证 zk-SNARK）。
提交的 nullifier 尚未使用（未记入 nullifier 集合）。
若成立，则程序标记该 nullifier 为已使用，释放资金至目标地址，并（如有）将找零 UTXO 的承诺插入 Merkle 树。
链上状态更新，同时真实的 UTXO 消耗被隐匿（无法链上直接追踪原 UTXO 与提款地址关联）。
Merkle 树：承诺 (commitments) 被组织进一个 Merkle 树。用户需要知道自己的叶子位置和相应的 Merkle 路径，以便在证明中使用 membership proof。Wiki 提到“Sparse tree of height 26”作为示例。 (DeepWiki )
Nullifier：当用户提款时，生成一个 nullifier（通常从秘密中派生），并将该 nullifier（或其哈希）提交链上以标记该 UTXO 已被花费。这样可有效防止双花，因为同一个 nullifier 不能重复使用。 Wiki 中 “Hash(commitment, merkle_path, signature)” 作为生成 nullifier 的一个形式。 (DeepWiki )
双花防范：通过链上的 nullifier 集合（或类似结构），每次提款前检查 nullifier 是否已存在。若存在，则拒绝提现。此机制类似于 Zcash 等隐私协议中采用的方式。 (Learn Blockchain )
找零 (change-outputs)：如果用户存入的 UTXO 金额大于提款金额 + fee，系统可能产生新的 UTXO（找零）并插入树中，从而维持金额守恒且增强混淆。Wiki 简要提及 “create new ones (if change is needed)”. (DeepWiki )
协议使用 Groth16 zk-SNARK。Wiki 明确指出 “Groth16 zk-SNARKs”。 (DeepWiki )
需要进行可信设置 (trusted setup)，即多参与者礼仪生成 proving key 和 verifying key。Wiki：“Multi-party ceremony with multiple contributors … Generates proving and verifying keys”. (DeepWiki )
证明电路的设计应包括：承诺所属证明（membership）、未花费证明（nullifier 未使用）、金额守恒、合法输出等。虽然 wiki 文档没有披露电路具体代码，但基于类似协议 (如 Zcash) 的实践我们可以推断设计模式。参考 Zcash 的电路流程：将交易语句转换为多项式约束系统，再通过 SNARK 生成与验证。 (WEBKT )
哈希函数：为了 SNARK-友好 (ZK-friendly)，隐私协议通常选用特定哈希算法（例如 MiMC、Pedersen、Poseidon）以降低电路复杂度。虽然 wiki 中未明确说明使用的哈希，但参考类似方案 (如 Tornado Cash) 的做法：commitment = Pedersen/ MiMC 的哈希。 (登链社区 )
由于该协议在 Solana 上运行，有几点需要注意：
Solana 的机制（程序、账户、指令模型）不同于以太坊。Protocol 必须适配 Solana 的账户／程序架构。
链上只存储承诺哈希／Merkle 根／nullifier 状态，而敏感数据（例如盲因子、私钥、Merkle 路径）在用户端或脱链存储。Wiki 指出 “All sensitive data remains client-side or encrypted”. (DeepWiki )
索引服务 (Indexer Service) 用于跟踪提交的承诺、树结构、nullifier 使用情况，以便程序或用户查询。
合规机制：协议宣称符合 OFAC 合规，这可能意味着程序可能集成审查或黑名单检查机制（例如黑名单地址过滤、提款限额、审计日志）以满足监管要求。尽管技术细节未公开，但这是一个设计考量。 (Coinfomania )
用户隐私增强：通过承诺 + 零知识证明 + UTXO 模型，用户存款与提款之间的链上关联被削弱。
资产守恒与安全性：UTXO 模型、nullifier 防双花、SNARK 证明机制都增强系统可信度。
可植入合规设计：该协议强调 OFAC 合规，这对于主流区块链生态（如 Solana）向机构用户开放隐私服务是一个亮点。
可在高速链（Solana）上运行：借助 Solana 高吞吐、低延迟特性，有潜力实现更实际的隐私交易。
可信设置风险：使用 Groth16 SNARK 的可信设置如果被破坏（所有参与者泄露其秘密），可能导致系统安全性受损。Wiki 已提及可信设置多个贡献者。 (DeepWiki )
匿名集 (anonymity set) 限制：即便使用混池机制，匿名集大小可能受限，从而削弱隐私效果。已有研究指出即便是 Tornado Cash 等协议也存在这类风险。 (arXiv )
监管与合规压力：隐私交易协议可能面临监管监控或制裁，尤其当用于混洗非法资金时。该协议虽注明合规，但操作细节仍可能引起质疑。
脱链数据（如盲因子、用户私钥、Merkle 路径）管理风险：如果用户保存不当，这部分敏感信息泄露可能破坏隐私。
实现与部署难度：在 Solana 上实现低延迟、高吞吐、维护树状态、索引服务、证明生成等具有技术挑战。
为了理清流程，下面用文字描述一个简化的端到端交易流程：
用户 A 决定向用户 B 付款，并希望隐藏中间关联。
步骤 1：A 生成一个承诺 C₁ = Hash(amount = X, A_pubkey, blinding_factor).
步骤 2：A 将 X 个 SOL 转入隐私池（合约／程序锁定）。程序将 C₁ 插入 Merkle 树，更新根 R.
步骤 3：A 保留私密数据 {blinding_factor, A_pubkey, leaf_index, Merkle_path_to_R}.
步骤 4：当 A 决定提款给 B 时，A 生成 SNARK 证明 π，证明其知晓某承诺 C₁ 在树 R 中、其对应秘密是正确、相应 nullifier N₁ 尚未被使用、以及输出金额合法。
步骤 5：A 提交提款交易，包括 {π, R, N₁, B_address}.
步骤 6：链上程序验证 π （用验证密钥）、确认 N₁ 未使用、确认 R 为当前树根、然后：
标记 N₁ 为已使用（防双花）
将 X SOL 发送至 B_address
若有找零 (例如 X > Y) 则生成新的承诺 C₂ = Hash(amount= X–Y–fee, A_change_pubkey, blinding_factor2) 插入树并给 A 。
用户 B 收到 SOL，但链上无法直接看出它来自 A。
Privacy Cash 利用经典的隐私协议构建方式（UTXO，承诺，nullifier，Merkle 树，zk-SNARK）在 Solana 生态中实现私密转账功能。其优势在于隐私保护、合规强调、高速链适配。但同时也面临可信设置、安全管理、匿名集规模、监管挑战等问题。