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Circom 验证合约输入假名漏洞深度分析与复现
查找币:余老师
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漏洞披露
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2026-05-09 22:49
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**作者：查找币安全团队**
## 概述
零知识证明（ZKP）技术作为Web3安全领域的重要基石，其实现方案的安全性直接影响着整个生态系统的信任基础。近日，查找币安全团队在技术研究中发现，Circom框架生成的验证合约存在一个经典的“输入假名”漏洞，该漏洞最早由俄罗斯开发者poma在Semaphore项目中披露（[相关Issue](https://github.com/semaphore-protocol/semaphore/issues/16)）。本文将从技术原理出发，详细解析该漏洞的成因、复现过程及修复方案，为开发者提供实践性安全指导。
## 前置知识：Circom与ZKP验证机制
### 零知识证明核心流程
零知识证明系统的核心是“证明系统”算法，其工作流程可概括为：
1. **证明生成**：证明者通过电路计算，生成见证数据（witness）和证明数据（proof）
2. **链上验证**：验证合约（verifier.sol）对提交的proof进行椭圆曲线校验
3. **结果确认**：验证通过即证明消息的真实性，无需暴露原始数据
### Circom的技术特点
Circom作为主流的ZKP开发框架，支持Groth16和PlonK两种证明系统。其优势在于：
- **自动化参数生成**：开发者无需手动配置证明参数
- **合约自动部署**：框架自动生成兼容Solidity的验证合约
- **隐私保护**：验证过程不泄露任何输入信息
## 漏洞深度解析
### 1. 问题代码定位
漏洞核心存在于验证合约中的`verifyHash`函数。如下图所示，该函数通过记录见证数据的哈希值（hash1）来防止双花攻击。然而，漏洞恰恰出现在这个hash1的匹配机制上。
```
// 问题代码示意
function verifyHash(uint[] memory input, Proof memory proof) public returns (bool) {
uint hash1 = input[0];
require(!usedHashes[hash1], "Hash already used");
usedHashes[hash1] = true;
// ... 后续验证逻辑
}
```
按照正常设计，一组proof数据应仅对应唯一一个hash1进行验证。但实际代码中，这个假设并不成立。
### 2. 椭圆曲线校验机制
`verify`函数的核心逻辑是通过`scalar_mul()`函数实现椭圆曲线上的标量乘法。具体流程如下：
1. 接收输入数组`input`和证明结构体`Proof memory proof`
2. 对输入参数进行椭圆曲线计算
3. 比较计算结果与证明中的给定值是否相等
4. 若相等则验证通过
### 3. 输入假名（Input Aliasing）漏洞原理
在Solidity智能合约中，所有数值以`uint256`类型存储。然而，椭圆曲线运算涉及有限域Fq，其模数q远小于`uint256`的最大值。这意味着：
- 数值`s`和`s + q`在模运算后映射到相同的Fq值
- 同样地，`s + 2q`、`s + 3q`等也对应同一个域元素
- 这种现象称为“输入假名”（Input Aliasing）
**关键数据**：在`uint256`范围内，最多有`uint256_max / q`个不同的整数可表示同一个点。对于常见的椭圆曲线，这个值约为5。这意味着同一组proof最多可以有5个不同的hash1通过合约验证。
## 漏洞复现过程
### 步骤1：构建简单电路
设计一个接收2个输入数据、返回1个见证数据的电路：
```circom
pragma circom 2.0.0;
template SimpleCircuit() {
signal input a;
signal input b;
signal output hash1;
hash1 <== a + b;
}
component main = SimpleCircuit();
```
### 步骤2：生成验证材料
执行以下命令生成所需文件：
```bash
# 编译电路
circom circuit.circom --r1cs --wasm --sym
# 生成zkey文件
snarkjs groth16 setup circuit.r1cs pot12_final.ptau circuit_final.zkey
# 导出验证合约
snarkjs zkey export solidityverifier circuit_final.zkey verifier.sol
```
### 步骤3：生成正常proof
```javascript
// 生成正常证明
const { proof, publicSignals } = await snarkjs.groth16.fullProve(
{ a: 10, b: 20 },
"circuit.wasm",
"circuit_final.zkey"
);
// hash1 = 30
```
### 步骤4：构造攻击hash
```javascript
// 构造假名hash
const q = 21888242871839275222246405745257275088548364400416034343698204186575808495617n;
const attackHash = 30n + q; // 与正常hash映射到相同Fq值
```
### 步骤5：验证结果
部署合约后，分别使用正常hash和攻击hash进行验证：
- **正常验证**：使用hash1=30，验证通过 ✅
- **攻击验证**：使用attackHash=30+q，验证同样通过 ✅
**复现结论**：同一组proof可以对应多个不同的hash值通过合约验证，输入假名漏洞确认存在。
## 漏洞修复方案
### 根本原因
漏洞本质在于：一组proof最多可以有5个不同的hash通过合约验证，这为双花攻击提供了可能性。
### 修复方法
限制所有输入的hash值必须小于有限域阶数q：
```solidity
function verify(uint[] memory input, Proof memory proof) public returns (bool) {
uint q = 21888242871839275222246405745257275088548364400416034343698204186575808495617;
for (uint i = 0; i < input.length; i++) {
require(input[i] < q, "Input exceeds field modulus");
}
// ... 原有验证逻辑
}
```
## 安全建议
1. **验证域阶数**：所有输入数值必须小于有限域阶数q
2. **使用安全库**：优先采用经过审计的密码学库
3. **单元测试覆盖**：包含边界值测试（如q-1、q、q+1）
4. **代码审计**：定期进行专业安全审计
## 总结
输入假名漏洞是零知识证明和密码学实现中的经典问题，其本质源于有限域运算的模数特性。开发者在进行密码学相关开发时，必须高度重视验证群的阶数约束。本案例再次证明，即使是在成熟的ZKP框架中，细微的实现疏忽也可能导致严重的安全漏洞。
查找币安全团队将持续关注ZKP生态的安全动态，为Web3开发者提供专业的技术支持与安全指南。
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*本文由查找币安全团队整理发布*
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