Sprout和Sapling的Transaction的数据结构详解
最近又重新看了看zcash的白皮书。话说，看zcash的白皮书需要一点耐心，144页的白皮书形式化太多，通篇就只有一张图（地址和key生成关系图）。
经过sprout和sapling两次升级，目前zcash中transaction中集成了三种交易：1/ 透明交易 2/ joinsplit（sprout）3/ spend/output （sapling）。
1. sprout
sprout使用joinsplit结构表示一笔交易。joinsplit中的vold和vnew实现了隐私和透明交易的交易金额的平衡。rt是note commit形成merkle树的树根。nf和cm分别是nullifier和note的commitment（在sprout都是使用的sha256算法）。note，note plaintext， 以及nullifier相对直白。
1.1 joinsplitsig
joinsplitsig对整个transaction数据使用私钥进行签名，保证transaction的数据不被篡改。签名的数据要被验证，必须提供“公钥”。在zcash的框架中，隐私考虑，转账双方的“公钥”都不能公开。为了能提供签名，就只能重新生成临时的“公钥”/“私钥”对（joinsplitpublickey， joinsplitprivatekey）。用joinsplitprivatekey对整个transaction的“sighash_all“的结果进行签名，生成joinsplitsig。
1.2 hsig 和 h
hsig是一个比较有意思的设计。试想，如果只有joinsplitsig机制，虽然保证了transaction数据的完整性，但并没有保证签名本身不能变。完全可以在transaction其他数据不变的情况下，重新生成joinsplitpublickey，从而生成新的joinsplitsig。hsig就是为了解决这个问题。hsig“绑定”所有的nf的数据和当前使用的joinsplitpublickey。并且，使用每个nf中对应的“私钥”，对hsig进行hash计算，生成h。也就是说，每个nf对应的私钥都“授权”使用当前的joinsplitpublickey。这样，joinsplitpublickey就不能随意修改，要做改动，必须知道每个nf对应的“私钥”。
1.3 cenc
sprout使用的是”in-band secret distribution“。简单的说，需要传输给转账对方的信息（note plaintext），加密后存储在链上。采用这种方式，转账对方不需要实时在线，任何时候都能同步链上数据确认交易。和joinsplitsig一样的思想，转账对方的信息不能直接作为加密密钥。先随机生成epk/esk，再和pkenc结合，生成加密密钥。
2. sapling
sapling是一个比较大的升级，零知识证明的性能提升了十几倍。sapling不用joinsplit结构表示交易，而是用spenddescription和outputdescription直接表示“花费”和“支出”。一个比较重要的设计是：valuebalance，spenddescription中的cv以及outputdescription中的cv都是value的同态commit。所谓的同态commit，就是value的计算后的commit和commit再计算的结果相等。
2.1 spendauthsig
spenddescription中的spendauthsig是对整个spenddescription进行签名。和sprout签名的思想类似。先随机出rsk和rk密钥对，再使用rsk进行签名，同时把rk放在spenddescription中。
2.2 cenc和cout
sapling同样使用的是”in-band secret distribution“。cenc是对note plaintext进行加密的结果。和sprout类似，加密的密钥由esk和pkd生成。sapling比sprout设计了更多的密钥“权限”。众多密钥中，有个ovk（outgoing viewing key），也就是拥有ovk，可以查看outgoing的交易。原理很简单，就是用ovk将esk和pkd加密，生成cout。
2.3 bindingsig
bindingsig也是整个transaction数据的签名。签名使用的公钥/私钥（bvk/bsk）是通过cv以及生成cv时采用随机数生成。因为同态commit的算法保证bvk=bsk*r （r是生成元），所以，bsk和bvk存在公钥/私钥关系。bingdingsig就是用bsk对整个tansaction签名的结果。
总结：
zcash的白皮书形式化描述比较多，看完整理需要耐心。zcash已经经过了三个阶段：overwinter，sprout和sapling。画图总结了sprout和sapling的交易数据结构，更直观理解zcash的隐私设计。
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1.1 joinsplitsig
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1.2 hsig 和 h
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1.3 cenc
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2. sapling
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2.1 spendauthsig
spenddescription中的spendauthsig是对整个spenddescription进行签名。和sprout签名的思想类似。先随机出rsk和rk密钥对，再使用rsk进行签名，同时把rk放在spenddescription中。
2.2 cenc和cout
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2.3 bindingsig
bindingsig也是整个transaction数据的签名。签名使用的公钥/私钥（bvk/bsk）是通过cv以及生成cv时采用随机数生成。因为同态commit的算法保证bvk=bsk*r （r是生成元），所以，bsk和bvk存在公钥/私钥关系。bingdingsig就是用bsk对整个tansaction签名的结果。
总结：
zcash的白皮书形式化描述比较多，看完整理需要耐心。zcash已经经过了三个阶段：overwinter，sprout和sapling。画图总结了sprout和sapling的交易数据结构，更直观理解zcash的隐私设计。
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