揭秘新型零知识证明漏洞：算术运算后缺乏多项式标准化

Salus 向 0xPARC 的揭秘 zk-bug-tracker 库添加了一种新型的 ZK 漏洞，算术运算后缺乏多项式标准化,新型 该漏洞由以太坊基金会 PSE 安全团队负责人 Kyle Charbonnet 审核。该漏洞会破坏假设并导致错误的零知计算，或者导致通过 rust panic 进行的识证术运算后式标拒绝服务攻击。为了更好地理解这个漏洞，明漏我们将以 Zendoo 库中的洞算多项一个具体实例进行说明。请大家对此类漏洞保持警惕 。缺乏

在代码中，准化多项式被表示为向量的揭秘形式。即 ，新型多项式 a0+a1x+...+an-1xn-1+an*xn 被表示为[a0,零知a1,...,an-1,an] 。服务器租用在 ZK 证明系统中 ，识证术运算后式标需要对多项式进行标准化操作，明漏即将多项式的洞算多项最高次项的系数调整为非零。比如，缺乏将[1,2,0]调整为[1,2]才是标准化的多项式表示
。

对多项式进行标准化操作是必要的。如果不进行标准化，系统会错误地存储多项式的最高次数 ，即它会大于其实际的源码库最高次数。比如，对于[1,2,0] ，如果不进行标准化操作，它的最高次数会被错误地存储为 2，而实际是 1。基于非标准化的多项式生成证明时
，错误的多项式实现将会使得 ZK 证明系统 panic，导致无法生成证明。

算术运算后缺乏多项式标准化 ，该漏洞属于 ZK 证明系统实现上的通用性漏洞。源码下载以下，我们以 Zendoo 库中用于快速傅里叶变换（FFT）的密集多项式（dense polynomials）实现的代码为例
，说明其中存在的算术运算后缺乏多项式标准化的漏洞 。

add() 函数是用来对两个密集多项式（self 和 other）进行加法运算的，加法运算的结果（result）也是一个密集多项式 ，这需要进行标准化。然而，该函数仅在最后一个分支处对 result 进行了标准化操作（19-21 行）。云计算该函数默认在前三个分支出计算得到的 result 就是标准化的 ，但这是不合理的 。比如，当 self 是[1,2,3]，other 是[1,2,-3] ，此时满足第三个分支（7-12 行） ，即 self 和 other 这两个多项式最高次数相等  ，都是 2。建站模板而在第三个分支处计算后的 result 是[2,4,0]，并未对其进行标准化操作。

非标准化的多项式在之后的计算过程中会产生错误。具体的实现代码如下 ：

而且，在这段代码中，不只是在加法算法后缺乏多项式标准化。在加法运算前，self 和 other 作为 add() 函数的入参，也并没有检查他们是亿华云否是标准化的多项式表示 。或者说，构造 self 和 other 的函数是否是按照标准化的方法进行构建的 ，也未可知。degree() 函数用来返回多项式的最高次项的指数。在 add() 函数中，非标准化的 self 和 other 在调用 degree() 函数时会引起 rust panic 。

举个例子 ，self 是非标准化的多项式 1+2x+0x2
，即向量[1,2,0]，其最高次项的系数为 0。当 other 也不是零多项式时，满足 add() 函数的第三个分支，以 self 来调用 degree() 函数。在 degree() 函数中进入 else 分支
。在 else 分支中有一个 assert! 宏，用来确保多项式的最高次数的系数不为 0。如果为 0，self.coeffs.last().map_or(false, |coeff| !coeff.is_zero()) 表达式结果为 false。即 self 向量的最后一个元素，即多项式的最高次项的系数为 0
，返回 false 。此时，assert! 宏会 panic
。

Rust panic 会导致 ZK 证明系统遭受 DOS 攻击
。攻击者可以通过构造大量的非标准化多项式 ，并且不断调用 add() 函数。由于这些输入会导致程序 panic，所以程序会不断地停止并重启 。这将占用大量的计算和网络资源，从而影响到其他正常用户的使用，这就构成了一种 DOS 攻击
。

Salus 在 0xPARC 的 zk-bug-tracker 库中添加的新型 ZK 漏洞，即算术运算后缺乏多项式标准化 ，是具有通用性的。在 ZK 证明系统中，我们需要特别注意避免该漏洞 。该漏洞会造成 ZK 证明系统的计算错误 ，或使系统遭受 DOS 攻击
。可以在返回算术运算结果之前调用truncate_leading_zeros()函数进行标准化操作，同时 
，基于from_coefficients_vec()函数来构造标准化的多项式也是必要的。

针对此漏洞 ，Salus 团队提醒 ZK 项目方 ，在构建多项式时和执行多项式操作之后对其进行标准化，以免破坏 ZK 证明系统的完整性 。同时，强烈建议项目方在项目上线之前 ，寻求专业的安全审计公司进行充分的安全审计
，确保项目安全。

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