Хеш-функция Poseidon

Что такое хеш-функция Poseidon?

Poseidon — криптографическая хеш-функция, разработанная для эффективной работы в системах доказательств с нулевым разглашением и других блокчейн-приложениях, использующих арифметические схемы над конечными полями.

В криптоиндустрии Poseidon прежде всего известна как хеш-функция, оптимизированная для ZK: при использовании в SNARK, STARK, Bulletproofs и родственных системах доказательств ее можно вычислить с меньшим числом ограничений схемы, чем многие традиционные хеш-функции.

Криптографическая хеш-функция принимает входные данные и создает выход фиксированного размера, который должно быть трудно обратить, трудно скомпрометировать коллизией и невозможно предсказать без корректного вычисления функции.

Poseidon отличается от хеш-функций общего назначения, таких как SHA-256 или SHA-3: она построена на арифметических операциях, доказательство которых обходится дешевле в схемах с нулевым разглашением.

В статье о Poseidon, представленной на конференции USENIX Security 2021, объясняется, что Poseidon работает непосредственно с элементами конечного поля и в рассмотренных сценариях может использовать значительно меньше ограничений на бит сообщения, чем хеш-функция Pedersen.

Poseidon часто используют в деревьях Меркла, обязательствах, нуллификаторах, обновлениях приватного состояния, структурах данных, удобных для доказательств, и блокчейн-приложениях, где хеширование выполняется внутри схемы доказательства.

Poseidon Hash — это не токен, кошелек, механизм консенсуса, биржевой продукт или алгоритм майнинга.

Проще всего понять Poseidon Hash так: это хеш-функция, разработанная для математической среды систем доказательств с нулевым разглашением, а не для обычного хеширования только на CPU.

Почему хеш-функция Poseidon важна для криптоиндустрии

Poseidon Hash важна, поскольку многие криптосистемы должны доказывать, что данные были корректно хешированы, не раскрывая самих приватных данных.

Доказательства с нулевым разглашением полезны в блокчейне: они позволяют пользователям доказывать определенные факты о балансах, личностях, транзакциях, принадлежности к набору или вычислениях, не публикуя все подробности.

Однако каждое действие внутри доказательства с нулевым разглашением требует ресурсов.

Если хеш-функция обходится слишком дорого при вычислении в схеме, доказательство может стать медленным, объемным и дорогим либо вообще непрактичным для пользователей.

Традиционные хеш-функции, такие как SHA-256 и Keccak, широко используются и пользуются высоким доверием, но в значительной степени опираются на побитовые операции, которые во многих арифметических системах доказательств дорого представлять.

Poseidon была создана для решения этой проблемы: в ней используются операции, естественно подходящие для конечных полей, например сложение, умножение, S-блоки с возведением в степень и матричное перемешивание.

Поэтому Poseidon подходит для транзакций с сохранением конфиденциальности, ZK-роллапов, доказательств личности, верифицируемых вычислений, приватных смарт-контрактов и систем масштабирования на основе доказательств.

Для разработчиков Poseidon может снизить стоимость создания доказательства, если на хеширование приходится значительная часть вычислений схемы.

Для пользователей это может помочь сделать приложения для конфиденциальности и масштабирования быстрее, дешевле и практичнее.

Как работает хеш-функция Poseidon

Poseidon обычно описывают как хеш-функцию на основе конструкции губки, построенную с помощью перестановки над простым полем.

В конструкции «губка» входные данные поглощаются внутренним состоянием, после чего из него извлекается хеш.

Внутреннее состояние состоит из элементов поля, а не обычных байтов.

Элементы поля — это числа, принадлежащие конечному математическому полю, то есть той же среде, что используется во многих схемах ZK-доказательств.

Poseidon выполняет над внутренним состоянием последовательность раундов.

В каждом раунде обычно используются константы раунда, нелинейные операции S-блока и линейное перемешивание с помощью MDS-матрицы или оптимизированной матричной структуры.

В спецификации Poseidon в Filecoin описаны такие параметры, как простое поле, уровень безопасности, размер состояния, показатель степени S-блока, полные и частичные раунды, константы раундов и MDS-матрица.

В полных раундах S-блок применяется ко всем элементам состояния.

В частичных раундах S-блок применяется только к части состояния, что снижает вычислительную стоимость, сохраняя при этом стремление к безопасности.

После выполнения достаточного числа раундов итоговое состояние используется для получения хеша.

Почему Poseidon подходит для ZK-систем?

Poseidon подходит для ZK-систем, поскольку ее операции недорого представлять в арифметических схемах.

Во многих системах доказательств с нулевым разглашением вычисления представляются в виде ограничений над конечным полем.

Простое сложение и умножение в таком поле обычно обходятся дешевле, чем побитовые циклические сдвиги, побитовое XOR и булева логика.

SHA-256 отлично подходит для многих задач блокчейна, но эта функция не разрабатывалась с целью минимизировать число ограничений арифметической схемы.

Poseidon с самого начала проектировалась с учетом этих ограничений.

В результате доказательство для дерева Меркла на основе Poseidon во многих ZK-системах может обходиться значительно дешевле, чем доказательство для дерева с менее удобной для схем хеш-функцией.

В зависимости от системы доказательств и реализации Poseidon может сократить время создания доказательства, потребление памяти, а иногда и расходы на проверку в блокчейне.

В бенчмарке 2024 года, посвященном хеш-функциям, оптимизированным для ZK, и системам создания SNARK-доказательств, Poseidon и Poseidon2 показали высокие результаты по времени выполнения и потреблению памяти для протестированных схем деревьев Меркла.

Практическая ценность Poseidon зависит от поля, языка схем, набора параметров, системы доказательств, качества реализации и допущений безопасности.

Ее преимущество в том, что она подходит для среды создания ZK-доказательств, а не противоречит ее устройству.

Хеш-функция Poseidon и конечные поля

Конечное поле — это математическая система с фиксированным числом элементов, в которой сложение, вычитание, умножение и деление выполняются по заданным правилам.

Многие системы ZK-доказательств используют вычисления в конечных полях, поскольку уравнения доказательств строятся на полевой арифметике.

Poseidon принимает на вход элементы поля и выдает элемент поля.

Это отличается от типичной байт-ориентированной хеш-функции, которая обрабатывает данные как двоичные строки.

В документации Poseidon для Circom объясняется, что в конструкции губки Poseidon входные данные из простого поля преобразуются в один выходной элемент того же поля.

Для разработчиков это означает, что перед хешированием с помощью Poseidon данные часто необходимо правильно закодировать.

Адрес кошелька, идентификатор токена, сумма, nonce или сообщение могут потребовать преобразования в один или несколько допустимых элементов поля.

Если две системы кодируют одни и те же данные по-разному, они могут получить разные хеши Poseidon, даже используя один и тот же алгоритм высокого уровня.

Поэтому выбор поля, кодирование, разделение доменов и параметры имеют критическое значение для криптосистем на основе Poseidon.

Хеш-функция Poseidon и деревья Меркла

Одно из наиболее распространенных применений Poseidon Hash в криптоиндустрии — деревья Меркла.

Дерево Меркла объединяет множество фрагментов данных в один корневой хеш, с помощью которого можно эффективно доказывать принадлежность к набору.

В ZK-приложении пользователь может доказать, что нота, обязательство, связанное с личностью, запись о балансе или запись в списке разрешенных адресов включена в дерево Меркла, не раскрывая остальные записи.

Если на каждом уровне дерева используется традиционная хеш-функция, которую дорого вычислять в схемах, доказательство становится затратнее.

Если на каждом уровне используется Poseidon, такое же доказательство принадлежности часто можно сформировать дешевле.

Поэтому Poseidon часто используют в системах приватных транзакций, системах идентификации, наборах нуллификаторов, деревьях состояния и структурах доказательств для роллапов.

Хеш-функция дерева Меркла должна быть устойчива к коллизиям, чтобы при практической атаке два разных листа или пути не могли привести к одному корню.

Поэтому безопасность Poseidon напрямую влияет на защиту обязательств, доказательств принадлежности и утверждений о состоянии активов.

Разработчикам не следует бездумно менять параметры Poseidon в деревьях Меркла: все участники должны использовать одну и ту же хеш-функцию, чтобы проверять одинаковый корень.

Хеш-функция Poseidon и обязательства

Обязательство позволяет пользователю зафиксировать значение, не раскрывая его сразу.

В криптоиндустрии обязательства используются в приватных переводах, системах идентификации, закрытых торгах, голосованиях, схемах нуллификаторов и приватном состоянии смарт-контрактов.

Poseidon можно использовать для вычисления обязательств внутри ZK-схем: пользователь может доказать знание приватных входных данных, из которых получено публичное обязательство.

Например, пользователь может оставить секретное значение и соль приватными, опубликовав лишь результат хеширования Poseidon.

В документации Mina о приватных входных данных и хеш-функциях показано применение Poseidon для хеширования элементов поля с сохранением секретных входных данных в zkApp-примере.

Этот подход распространен, поскольку доказательство может подтвердить, что пользователь знает скрытые данные, не раскрывая их в блокчейне.

Однако безопасность обязательств зависит от энтропии входных данных, использования соли, разделения доменов и реализации.

Если значение легко угадать, злоумышленник может вычислить хеши вероятных значений и сравнить результаты.

Случайные соли и корректно разработанное кодирование входных данных помогают снизить этот риск.

Хеш-функция Poseidon и нуллификаторы

Нуллификатор — это значение, используемое для предотвращения двойного расходования или повторного применения без раскрытия исходной приватной ноты или личности.

В криптосистемах с повышенной конфиденциальностью пользователь может доказать, что владеет действительной приватной нотой, и раскрыть нуллификатор, показывающий, что нота уже была использована.

Poseidon можно использовать для вычисления нуллификаторов внутри схемы, поскольку эта функция позволяет эффективно хешировать секретные данные ноты.

Публичная система проверяет, встречался ли этот нуллификатор раньше.

Приватное доказательство подтверждает, что нуллификатор был корректно получен из действительного секрета.

Таким образом система может предотвращать двойное расходование, сохраняя конфиденциальность исходного обязательства.

Если хеширование нуллификатора недостаточно надежно, система конфиденциальности может стать уязвимой к повторному использованию, установлению связи между транзакциями или подделке.

Если нуллификатор кодируется непоследовательно, пользователи могут получать недействительные доказательства или несовместимые обновления состояния.

Poseidon полезна в этой области, поскольку для вычисления нуллификаторов и обязательств внутри схем доказательств может потребоваться множество повторных операций хеширования.

Хеш-функция Poseidon и ZK-роллапы

ZK-роллапы используют доказательства с нулевым разглашением или доказательства корректности, подтверждающие правильность выполнения пакетов транзакций вне блокчейна.

Для деревьев состояния и аккаунтов, обязательств по транзакциям, нуллификаторов, агрегации доказательств и обязательств по данным роллапам часто нужны хеш-функции.

Poseidon может снизить стоимость таких операций с интенсивным хешированием в системе создания доказательств.

В EIP-5988 предложен прекомпилятор Poseidon для повышения совместимости EVM с ZK-роллапами и роллапами с доказательствами корректности.

На доступной сейчас странице EIP указано, что EIP-5988 имеет статус Stagnant и не стал активным прекомпилятором основной сети Ethereum.

Это важно, поскольку без встроенной поддержки Poseidon на базовом уровне контрактам может потребоваться проверять ее с помощью более дорогой пользовательской логики или других способов проверки доказательств.

Нативный прекомпилятор мог бы удешевить некоторые способы взаимодействия ZK-систем, но для этого потребовался бы тщательный выбор параметров и проверка безопасности.

Поэтому роль Poseidon в роллапах связана как с техническими аспектами, так и с развитием экосистемы.

Хеш-функция Poseidon и SHA-256

И Poseidon, и SHA-256 — криптографические хеш-функции, но они оптимизированы для разных условий применения.

SHA-256 широко применяется в Bitcoin, цифровых подписях, проверке целостности файлов и многих общих системах безопасности.

Это зрелая функция, которую тщательно изучали; она эффективно работает на обычном оборудовании.

Poseidon — более новая функция, оптимизированная для арифметики конечных полей в системах ZK-доказательств.

Если блокчейну нужна хеш-функция общего назначения вне схемы доказательства, более привычным выбором могут быть SHA-256 или SHA-3.

Если в ZK-схеме нужно доказать выполнение большого количества операций хеширования, Poseidon может оказаться намного дешевле.

Это не означает, что Poseidon автоматически лучше SHA-256 для любых задач.

Это означает, что Poseidon может быть эффективнее для ZK-схем, если система спроектирована с учетом ее параметров и допущений безопасности.

При выборе хеш-функции надежная криптосистема учитывает модель угроз, совместимость, требования к производительности и зрелость технологии.

Хеш-функция Poseidon и Keccak / SHA-3

Keccak и SHA-3 — это хеш-функции на основе конструкции «губка», применяемые во многих криптографических приложениях.

В стандарте NIST FIPS 202 определены семейство SHA-3 и функции с выходом произвольной длины SHAKE на основе Keccak.

Keccak важна для криптоиндустрии: несколько блокчейнов используют хеширование на основе Keccak для адресов, данных транзакций, журналов событий и операций смарт-контрактов.

Poseidon также использует подход, похожий на конструкцию «губка», но построена над конечными полями и предназначена для систем доказательств, а не для универсального хеширования байтовых данных.

Для общего криптографического применения Keccak и SHA-3 являются более стандартизированными и зрелыми решениями.

Poseidon — более специализированное решение для ZK-схем и верифицируемых вычислений.

На странице проекта NIST о хеш-функциях перечислены утвержденные алгоритмы, например семейства SHA-2 и SHA-3. Poseidon не следует называть универсальной одобренной NIST заменой этим стандартам.

Разработчикам не следует выбирать Poseidon только потому, что эта функция кажется современной.

Использовать ее следует тогда, когда приложению действительно нужна эффективность арифметических схем и имеется проверенная реализация.

Хеш-функция Poseidon и Pedersen Hash

Хеш-функцию Pedersen применяют в некоторых системах конфиденциальности и ZK благодаря ее полезным алгебраическим свойствам и эффективности в ряде сценариев с эллиптическими кривыми.

Poseidon разрабатывалась как более эффективная альтернатива Pedersen Hash для многих задач с арифметическими схемами.

В статье о Poseidon, опубликованной на USENIX, говорится, что в рассмотренных сценариях Poseidon может использовать значительно меньше ограничений на бит сообщения, чем Pedersen Hash.

Это одна из главных причин, по которым Poseidon стала популярной в ZK-системах, где требуется много операций хеширования.

Однако Pedersen Hash и Poseidon устроены по-разному и имеют разные допущения и требования к реализации.

Проекту не следует заменять одну функцию другой, не проверив совместимость, доказательства безопасности, выбранные параметры и историю аудитов.

В более старых системах может сохраниться Pedersen Hash, поскольку смена хеш-функции способна нарушить работу существующих обязательств, корней Меркла и проверки доказательств.

В новых системах могут выбрать Poseidon, если эффективность схем является важной целью разработки.

Оптимальный выбор зависит от того, что важнее для системы: зрелость технологии, совместимость, стоимость схемы или возможность обновления.

Хеш-функция Poseidon, MiMC и Rescue

MiMC, Rescue и Poseidon — примеры хеш-функций, разработанных с учетом эффективности арифметических вычислений в системах доказательств.

MiMC имеет простую структуру и применяется в исследованиях и реализациях ZK.

Rescue также разрабатывалась с учетом арифметического представления вычислений.

Poseidon стала популярной благодаря высокой производительности во многих практических схемах и поддержке различных конфигураций конечных полей.

В бенчмарке 2024 года, посвященном хеш-функциям, оптимизированным для ZK, Poseidon и Poseidon2 вошли в число наиболее производительных решений в протестированных настройках и этапах создания доказательств.

Это не означает, что Poseidon всегда выигрывает в любой схеме, системе доказательств, поле или аппаратной среде.

Производительность может меняться в зависимости от арности, размера поля, ограничений, языка реализации, компилятора, серверной части создания доказательств и целевого блокчейна.

Команде, уделяющей особое внимание безопасности, следует тестировать несколько вариантов, а не предполагать, что одна ZK-ориентированная хеш-функция всегда будет лучшей.

Poseidon важна благодаря широкому изучению и применению, а не потому, что все альтернативы устарели.

Хеш-функция Poseidon и Poseidon2

Poseidon2 — более поздняя оптимизированная версия Poseidon, разработанная для повышения производительности с сохранением общей цели — эффективного хеширования в ZK-системах.

В статье о Poseidon2 она представлена как более быстрая версия хеш-функции Poseidon.

Современные ZK-проекты могут оценивать Poseidon2, если им нужно снизить затраты на создание доказательств, ускорить хеширование в деревьях Меркла или повысить эффективность новых систем доказательств.

Появление Poseidon2 не делает все существующие реализации Poseidon устаревшими.

Совместимость старых корней Меркла, доказательств, контрактов, кошельков или обязательств состояния может зависеть от первоначальных параметров Poseidon.

Переход с Poseidon на Poseidon2 — это миграция протокола, а не простое изменение программного кода.

При разработке новых систем стоит изучить Poseidon2 наряду с исходной Poseidon и другими ZK-ориентированными хеш-функциями.

В существующих системах совместимость и история аудитов могут быть важнее чистой скорости.

Криптопротокол должен четко указывать, какая именно версия используется — Poseidon, Poseidon2 или другой вариант, поскольку похожие названия могут скрывать разные результаты.

Параметры хеш-функции Poseidon

Poseidon — это не одна универсальная функция с единственным универсальным результатом для любого блокчейна.

Это семейство вариантов хеш-функции, определяемых параметрами.

К важным параметрам относятся модуль простого поля, уровень безопасности, ширина состояния, скорость обработки, емкость, показатель степени S-блока, число полных и частичных раундов, константы раундов и MDS-матрица.

На странице EIP-5988 перечислены такие параметры, как модуль простого поля, уровень безопасности, показатель степени S-блока, скорость ввода, размер состояния, число полных и частичных раундов и кодирование входных данных.

Разные проекты могут выбирать разные параметры Poseidon в зависимости от используемого поля, системы доказательств, уровня безопасности и требований к производительности.

Такая гибкость полезна, но может создавать риски.

Если две системы заявляют об использовании Poseidon, но выбирают разные параметры, один и тот же вход может привести к разным хешам.

Если система использует слабые параметры, допущения безопасности могут не соблюдаться.

Разработчикам следует использовать проверенные наборы параметров и тестовые векторы, а не придумывать их наугад.

Разделение доменов в Poseidon Hash

Разделение доменов означает, что одна и та же хеш-функция не должна случайно использоваться в разных целях так, чтобы это создавало неоднозначность или риск атаки.

Например, протокол может использовать Poseidon для листьев дерева Меркла, внутренних узлов, обязательств, нуллификаторов и идентификаторов аккаунтов.

Если не разделить входные данные с помощью тегов, префиксов, правил арности или структурированного кодирования, разные виды данных могут хешироваться в одном формате.

Это может привести к запутанному или небезопасному поведению.

Разделение доменов помогает гарантировать, что хеш для одной цели нельзя перепутать с хешем для другой.

В системах Poseidon разделение доменов может обеспечиваться добавлением метки домена в состояние, использованием других констант, иной арности или структурированного формата входных данных.

Точный метод должен быть определен в спецификации протокола.

Разработчикам не следует полагаться на неформальные комментарии или предположения фронтенда в вопросе разделения доменов.

Если Poseidon защищает активы, формат входных данных должен быть точным и поддаваться проверке.

Свойства безопасности Poseidon Hash

Poseidon должна обеспечивать стандартные свойства криптографических хеш-функций, включая устойчивость к коллизиям, прообразам и вторым прообразам при выбранных параметрах.

Устойчивость к коллизиям означает, что вычислительно практически невозможно найти два разных входа с одинаковым выходом.

Устойчивость к прообразам означает, что вычислительно практически невозможно найти вход, который дает заданный выход.

Устойчивость ко второму прообразу означает, что вычислительно практически невозможно найти второй вход, хеш которого совпадает с хешем известного входа.

В справочных материалах NIST эти свойства описаны как ожидаемые для утвержденных хеш-функций, хотя сама Poseidon не включена в список утвержденных NIST хеш-функций общего назначения.

Для Poseidon эти свойства зависят от правильного выбора параметров, корректной реализации, безопасного кодирования и устойчивости к алгебраическим атакам.

В рамках действующей инициативы по криптоанализу Poseidon Poseidon и Poseidon2 рассматриваются как хеш-функции для верифицируемых вычислений; также подчеркивается, что их безопасность продолжает изучаться.

Это полезно: прежде чем доверять новым криптографическим решениям в системах с высокой стоимостью активов, необходимо проводить открытый анализ.

Poseidon следует считать важной и широко используемой, но при этом более новой функцией по сравнению с традиционными хеш-функциями, которые изучают десятилетиями.

Риски использования Poseidon Hash

Первый риск — неправильный выбор параметров.

Слабый или нестандартный набор параметров может уменьшить запас безопасности или нарушить совместимость с другими системами.

Второй риск — ошибка реализации.

Небольшая ошибка в константах раундов, редукции поля, дополнении, ширине состояния или умножении матриц может привести к неверным хешам и недействительным доказательствам.

Третий риск — неоднозначность кодирования.

Разные способы упаковки байтов в элементы поля могут привести к разным хешам или небезопасным коллизиям на уровне приложения.

Четвертый риск — недостаточное разделение доменов.

Хеш обязательства, хеш узла дерева Меркла и хеш нуллификатора нельзя смешивать без четких меток или структуры.

Пятый риск — чрезмерное использование Poseidon вне предназначенной для нее среды.

Poseidon лучше всего подходит для хеширования в конечных полях, удобного для доказательств, а не как универсальная замена каждой традиционной хеш-функции.

Шестой риск — недостаточная зрелость: Poseidon новее SHA-2, SHA-3 и Keccak.

Хеш-функция Poseidon в смарт-контрактах

Смарт-контракты могут взаимодействовать с Poseidon несколькими способами.

Контракт может проверять доказательство, внутри схемы которого вне блокчейна использовалась Poseidon.

Контракт может хранить основанные на Poseidon корни Меркла и проверять результаты доказательств, зависящие от этих корней.

Контракт может напрямую вызывать реализацию Poseidon, если платформа позволяет сделать это достаточно дешево.

В сетях на базе EVM непосредственное вычисление Poseidon в контракте может быть дорогим, если нет нативного прекомпилятора или оптимизированной поддержки на уровне опкодов.

Именно поэтому в EIP-5988 был предложен прекомпилятор Poseidon для Ethereum, хотя сейчас на странице предложения указан статус Stagnant.

Без нативного примитива разработчики часто оставляют вычисление Poseidon внутри ZK-схемы и проверяют доказательство в блокчейне, а не пересчитывают каждый хеш непосредственно в блокчейне.

Некоторые системы вне EVM и ZK-ориентированные системы обеспечивают более прямую поддержку хеширования на конечных полях.

Перед выбором места для вычисления Poseidon разработчикам следует измерить комиссию за газ, стоимость доказательства и его проверки, а также оценить допущения безопасности.

Самая дешевая архитектура не всегда является самой безопасной.

Хеш-функция Poseidon в кошельках и пользовательских приложениях

Кошельки и пользовательские приложения могут использовать Poseidon косвенно, даже если пользователи никогда не видят этого названия.

Приватный кошелек может применять Poseidon для создания обязательств или нуллификаторов.

Приложение для идентификации с использованием ZK может хешировать приватные атрибуты с помощью Poseidon, создавая обязательство, удобное для доказательства.

Игра или социальное приложение с ZK-доказательствами может использовать Poseidon для фиксации приватных ходов, очков, учетных данных или прав доступа.

Пользователь может видеть только запрос на транзакцию, в то время как приложение создает хеши Poseidon в фоновом режиме.

Это усложняет работу с приложением: пользователям трудно самостоятельно проверить правильность входных данных для хеширования.

По возможности кошельки должны отображать понятное описание транзакции, а не необработанные элементы поля.

Разработчикам не следует требовать от пользователей доверия к непонятным хешам при подписании транзакций, перемещающих активы.

Poseidon помогает обеспечивать конфиденциальность, но недостатки дизайна кошелька все равно могут подвергнуть пользователей фишингу или вредоносным разрешениям.

Хеш-функция Poseidon и совместимость

Обеспечить совместимость сложно, поскольку у Poseidon существует множество возможных наборов параметров.

Две системы могут поддерживать Poseidon, но быть несовместимыми из-за разных полей, ширины состояния, числа раундов, MDS-матриц, правил дополнения или меток домена.

Это важно для мостов, роллапов, кошельков, клиентов с упрощенной проверкой, агрегаторов доказательств и систем идентификации между сетями.

Если одна сеть проверяет корень Poseidon, созданный другой сетью, обе стороны должны использовать один и тот же вариант функции.

Если кошелек создает обязательство для протокола, он должен использовать такое же кодирование, как и проверяющая сторона.

Если схема доказательства и смарт-контракт расходятся хотя бы в одном параметре, проверка может завершиться ошибкой или стать небезопасной.

Для совместимости нужны формальные спецификации, тестовые векторы, проверенные аудитом библиотеки и версионируемые названия наборов параметров.

Проектам не следует заявлять о «совместимости с Poseidon», не указывая, какой именно вариант Poseidon имеется в виду.

В криптоиндустрии важна точность: отличие даже в одном бите может превратить действительное доказательство в недействительное.

Хеш-функция Poseidon и аудит

Аудит системы на базе Poseidon требует как криптографической проверки, так и анализа приложения.

Аудитор должен проверить, что проект использует известный и проверенный набор параметров Poseidon.

Аудитор должен убедиться, что результаты реализации соответствуют надежным тестовым векторам.

Аудитор должен проверить однозначность кодирования входных данных и невозможность их смешения между доменами.

Аудитор должен убедиться, что при необходимости диапазон значений элементов поля проверяется.

Аудитор должен проверить, что в коде вне блокчейна и в схеме используется один и тот же вариант хеш-функции.

Аудитор должен убедиться, что обязательства, нуллификаторы и узлы дерева Меркла используют безопасное разделение доменов.

Аудитор должен проверить, что обновления не меняют хеш-функцию незаметно и не нарушают работу старого состояния.

Для систем с высокой стоимостью активов важен независимый криптографический аудит: при обычной проверке кода можно не заметить тонкие ошибки использования хеш-функции.

Корректная реализация Poseidon безопасна, только если она правильно используется во всем протоколе.

Преимущества хеш-функции Poseidon

Первое преимущество Poseidon Hash — снижение вычислительной стоимости многих задач хеширования в ZK-схемах.

Второе — естественная совместимость с арифметикой конечных полей, применяемой во многих системах доказательств.

Третье — эффективность при построении деревьев Меркла, обязательств, нуллификаторов и систем приватного состояния.

Четвертое — гибкость при работе с разными полями и системами доказательств.

Пятое — повышение практической применимости криптоприложений с сохранением конфиденциальности.

Шестое — снижение вычислительной нагрузки при создании доказательств, когда в схеме преобладают операции хеширования.

Седьмое — поддержка более эффективных проектов ZK-роллапов и систем с доказательствами корректности.

Восьмое — возможность создавать обязательства на основе приватных входных данных, не раскрывая их в блокчейне.

Девятое — возможность создавать удобные для доказательств структуры данных, которые было бы дороже строить с помощью традиционных хеш-функций.

Десятое — значительное внимание со стороны исследователей, большое количество сравнительных тестов и широкая работа над реализацией в экосистеме ZK.

Ограничения хеш-функции Poseidon

Первое ограничение — Poseidon новее традиционных хеш-функций, таких как SHA-256, SHA-3 и Keccak.

Второе — результат зависит от параметров, поэтому одна реализация может не соответствовать другой.

Третье — Poseidon не является универсальной заменой SHA-2 или SHA-3, утвержденной NIST.

Четвертое — ошибки кодирования могут создать риски на уровне приложения, даже если сама хеш-функция надежна.

Пятое — без нативного прекомпилятора поддержка в смарт-контрактах может быть дорогой или недоступной.

Шестое — совместимость между системами может быть затруднена из-за выбора разных полей и параметров.

Седьмое — криптоанализ продолжается, поэтому командам следует следить за новыми исследованиями и рекомендациями по безопасности.

Восьмое — прирост эффективности зависит от системы доказательств и структуры схемы.

Девятое — разработчики без специальной подготовки могут использовать Poseidon неправильно, копируя константы, меняя арность или не проверяя тестовые векторы.

Десятое — Poseidon не защищает пользователей от фишинга, вредоносных контрактов, взлома кошельков или неэффективной токеномики.

Рекомендации для разработчиков

Используйте прошедшие аудит библиотеки Poseidon, а не пишите собственную реализацию с нуля.

Выбирайте проверенный набор параметров, подходящий для поля и системы доказательств, используемых протоколом.

Публикуйте точные параметры, метки доменов, арность, правила дополнения и тестовые векторы.

Разделяйте домены для разных задач: листьев и внутренних узлов дерева, обязательств, нуллификаторов и хешей сообщений.

Убедитесь, что код вне блокчейна, код схемы и логика проверки в блокчейне используют один и тот же вариант Poseidon.

Проверяйте диапазоны входных данных, если схема ожидает элементы поля, сформированные из закодированных байтов.

Сравнивайте Poseidon с альтернативами в фактической схеме, а не полагайтесь только на общие заявления.

Тщательно планируйте миграции: смена хеш-функции может сделать недействительными старые корни Меркла и обязательства.

Следите за новыми криптоаналитическими исследованиями и проверками безопасности, особенно для протоколов с высокой стоимостью активов.

Четко указывайте, используется ли в системе Poseidon, Poseidon2 или другая хеш-функция, оптимизированная для ZK.

Рекомендации для пользователей

Помните, что Poseidon обычно работает в фоновом режиме и не является инструментом, с которым пользователи взаимодействуют напрямую.

Используйте приложения с понятными результатами аудита, открытой документацией и надежными сценариями работы с кошельком.

Не считайте проект безопасным только потому, что в нем используется Poseidon.

Проверьте, объясняет ли проект, как защищаются приватные данные, обязательства, нуллификаторы и корни Меркла.

Будьте осторожны с незнакомыми приложениями, которые запрашивают подписи или разрешения, скрывая смысл транзакции.

Помните, что надежная хеш-функция не исправит уязвимости смарт-контрактов или небезопасные практики хранения активов.

Не используйте слабые секреты повторно в системах обязательств: злоумышленники могут угадать входные данные с низкой энтропией.

Если архитектура приложения предусматривает обязательства с солью, используйте случайные соли.

При переходе на новые версии хеш-функции или системы доказательств следуйте официальным рекомендациям кошелька и протокола.

Относитесь к системам конфиденциальности как к критически важным для безопасности и не используйте экспериментальные инструменты для хранения активов высокой стоимости, если их риски понятны не полностью.

Распространенные заблуждения о Poseidon Hash

Одно из заблуждений состоит в том, что Poseidon во всех случаях представляет собой более быструю версию SHA-256.

Poseidon обычно быстрее именно при подсчете ограничений в ZK-схемах, но не обязательно является более быстрой универсальной хеш-функцией для CPU во всех приложениях.

Другое заблуждение — считать, что все реализации Poseidon совместимы.

Разные поля, константы, ширина состояния, число раундов, кодирование и метки доменов могут давать разные результаты.

Еще одно заблуждение — считать, что Poseidon автоматически обеспечивает конфиденциальность системы.

Poseidon может поддерживать инструменты конфиденциальности, но она также зависит от устройства схемы, обработки метаданных, поведения кошелька, размера анонимного набора и логики смарт-контракта.

Также ошибочно считать Poseidon безрисковой только потому, что ее используют многие ZK-системы.

Poseidon полезна и хорошо изучена, но новее традиционных хеш-функций. Ее следует использовать с тщательно подобранными параметрами и после аудита.

Еще одно заблуждение — полагать, что пользователи должны вручную сравнивать хеши Poseidon для проверки безопасности.

Большинству пользователей нужны надежно спроектированные кошельки и прошедшие аудит протоколы, а не просмотр необработанных хешей.

Часто задаваемые вопросы

Что означает Poseidon Hash?

Poseidon Hash — это криптографическая хеш-функция, разработанная для эффективной работы в системах доказательств с нулевым разглашением и арифметических схемах над конечными полями.

Почему Poseidon называют функцией, оптимизированной для ZK?

Poseidon называют оптимизированной для ZK, поскольку в ней используются арифметические операции, которые во многих схемах доказательств с нулевым разглашением дешевле представлять, чем побитовые операции традиционных хеш-функций.

Poseidon Hash и SHA-256 — это одно и то же?

Нет. SHA-256 — традиционная хеш-функция общего назначения, а Poseidon специализирована для эффективного хеширования в системах ZK-доказательств.

Используется ли Poseidon Hash в деревьях Меркла?

Да. Poseidon часто применяют в деревьях Меркла в ZK-системах, поскольку для доказательства принадлежности к дереву в схеме обычно требуется много повторных операций хеширования.

Используется ли Poseidon Hash для обязательств?

Да. Poseidon можно использовать для фиксации приватных значений, чтобы пользователь мог доказать знание скрытых входных данных, не раскрывая их.

Стандартизирована ли Poseidon Hash организацией NIST?

Нет. К утвержденным NIST общим стандартам хеширования относятся семейства SHA-2 и SHA-3, тогда как Poseidon — специализированная хеш-функция, оптимизированная для ZK, а не универсальная одобренная NIST замена этим стандартам.

Что такое Poseidon2?

Poseidon2 — это оптимизированная более быстрая версия Poseidon, предназначенная для похожих задач хеширования в ZK-системах.

Можно ли использовать Poseidon Hash в смарт-контрактах?

Да, но прямые вычисления в смарт-контракте могут быть дорогими, если платформа не поддерживает оптимизированное исполнение, например через прекомпилятор или нативную функцию.

Почему у Poseidon разные параметры?

Poseidon — это семейство вариантов хеш-функции. Параметры, такие как модуль поля, размер состояния, показатель степени S-блока, число раундов и константы, должны соответствовать целевой системе доказательств и уровню безопасности.

Могут ли две системы Poseidon создавать разные хеши?

Да. Две системы могут создавать разные хеши для одних и тех же входных данных, если используют разные параметры, поля, способы кодирования, правила дополнения или метки доменов.

Безопасна ли Poseidon Hash?

Poseidon широко изучается и применяется в ZK-системах, но ее безопасность зависит от правильных параметров, прошедшей аудит реализации, безопасного кодирования и продолжающегося криптоанализа.

Обеспечивает ли Poseidon Hash конфиденциальность криптоприложения сама по себе?

Нет. Poseidon может поддерживать системы с сохранением конфиденциальности, но для этого также необходимы правильно спроектированная схема, безопасная работа кошелька, подходящие размеры анонимных наборов и тщательная разработка протокола.

Заключение

Poseidon Hash — это криптографическая хеш-функция, разработанная для арифметики конечных полей, используемой в системах доказательств с нулевым разглашением.

Она важна для криптоиндустрии, поскольку ZK-приложениям часто нужно хешировать обязательства, нуллификаторы, пути Меркла, приватные входные данные и данные состояния внутри схем доказательств.

Во многих схемах Poseidon позволяет выполнять такие операции намного дешевле, чем традиционные хеш-функции, ориентированные на побитовые вычисления.

Такая эффективность помогает развивать транзакции с сохранением конфиденциальности, ZK-роллапы, системы идентификации, удобные для доказательств смарт-контракты и верифицируемые вычисления.

Poseidon не является универсальной заменой SHA-256, Keccak или SHA-3: эти традиционные функции остаются зрелыми и важными для общего криптографического применения.

Главное преимущество Poseidon проявляется, когда хеширование необходимо представить в системе доказательств над конечными полями.

К основным практическим сложностям относятся выбор параметров, корректность реализации, разделение доменов, правила кодирования, поддержка смарт-контрактов и совместимость в экосистеме.

Разработчикам следует использовать библиотеки, прошедшие аудит, публиковать тестовые векторы, документировать точные параметры и следить за актуальными криптографическими исследованиями.

Пользователям следует помнить, что Poseidon обычно является невидимым компонентом безопасности, и оценивать приложения по качеству полного аудита, безопасности кошелька и устройству протокола.

Проще всего понять Poseidon Hash так: это удобная для доказательств хеш-функция, созданная для ускорения и повышения практичности криптосистем с нулевым разглашением без раскрытия приватных данных.