Iden3 协议规范（Version 0）详细总结
Iden3 协议规范（Version 0）详细总结
本文档为 Iden3 协议的初始版本规范，目前处于持续开发与更新中，核心围绕分布式数字身份体系构建，通过密码学技术（如零知识证明、默克尔树）实现身份的可信管理、隐私保护与高效交互，以下从核心概念、数据结构、关键流程、隐私增强机制等维度展开详细整理。
一、基础概念与角色定义
Iden3 协议中涉及三类核心角色，各角色职责与交互围绕“声明（Claim）”与“凭证（Credential）”展开，核心术语定义如下：
| 术语（Term） | 定义与核心职责 |
|---|---|
| Issuer（签发者） | 发起声明的主体，可对自身或其他身份创建声明，需确保声明的合法性（通过私钥授权）。 |
| Holder（持有者） | 接收声明的主体，存储自身相关的声明，并可基于声明生成零知识证明以向验证者证明身份属性。 |
| Verifier（验证者） | 验证声明有效性的主体，需确认声明是否由指定身份签发、是否被持有者合法持有，且未被撤销或过期。 |
| Credential（凭证） | 证明声明有效性的数据集合，由“声明（Claim）”和“证明（Proof，如默克尔树证明、零知识证明）”组成。 |
| Identity（身份） | 由“自身签发的声明”和“其他身份签发的声明”共同构成的数字主体，其状态通过默克尔树根哈希锚定在区块链上，支持声明的签发、更新、撤销。 |
| Genesis ID（创世ID） | 身份的初始唯一标识，由身份初始状态（创世声明树、空撤销树、空根树的根哈希）计算得出，格式为31字节（2字节类型+27字节创世状态+2字节校验和），Base58编码。 |
二、核心数据结构
1. 默克尔树（Merkle Tree, MT）
Iden3 协议使用的默克尔树为稀疏二进制零知识友好型树，是身份状态与声明存储的核心结构，具体特性与分类如下：
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 二进制（Binary） | 每个非叶节点仅包含两个子节点，确保树结构的规范性与高效遍历。 |
| 稀疏且确定性（Sparse & Deterministic） | 数据按索引存储在叶节点，插入顺序不影响最终根哈希；未使用的叶节点为空，保证结构一致性。 |
| 零知识友好（ZK-friendly） | 使用 Poseidon 哈希函数，适配零知识证明（ZKP）的计算需求，降低证明生成与验证成本。 |
协议中涉及三类核心默克尔树，分别对应身份管理的不同维度：
| 树类型 | 作用与叶节点内容 |
|---|---|
| Claims Tree（ClT，声明树） | 存储身份相关的所有声明，叶节点为声明数据（253字节，含索引部分与值部分），仅支持追加（不可修改/删除）。 |
| Revocation Tree（ReT，撤销树） | 存储声明的撤销信息，叶节点为“64位撤销随机数 + 32位版本号 + 157位保留位”，需完全公开以支持有效性验证。 |
| Roots Tree（RoT，根树） | 存储声明树的历史根哈希，叶节点为声明树的根哈希（253位），用于追溯声明树的状态变迁。 |
| GIST（Global Identities State Tree，全局身份状态树） | 存储所有 Iden3 身份的最新状态，叶节点索引为“创世ID的哈希”（避免树失衡），值为身份最新状态，锚定在区块链智能合约中。 |
2. 声明（Claim）
声明是身份属性的核心载体，由“索引部分（Index）”和“值部分（Value）”组成，支持自定义属性、版本控制、过期与撤销机制。
（1）声明结构
- 索引部分（Index，共512位）：用于定位声明在声明树中的位置，包含声明 schema、选项标志、版本等信息，核心字段如下：
i_0（128位）：含128位声明 schema（定义声明类型）、32位选项标志（如主体类型、是否过期、是否可更新）、32位版本（可选）、61位保留位。i_1-i_3（各253位）：存储身份标识（可选）或保留位，用于区分“自身声明”与“他人声明”。
- 值部分（Value，共512位）：存储声明的具体内容，核心字段如下：
v_0（253位）：含64位撤销随机数（用于撤销声明）、64位过期时间戳（可选）、125位保留位。v_1-v_3（各253位）：存储身份标识（可选）或保留位，与索引部分配合定义声明的方向关系（如“身份拥有某属性”“属性属于某身份”）。
（2）声明属性
- 不可伪造性：需身份私钥授权才能生成代表该身份的声明，无授权则无法伪造。
- 可撤销性：通过将声明的“撤销随机数”写入撤销树，标记声明失效。
- 可更新性：可通过增加版本号生成新声明（旧版本需通过撤销树标记失效），是否可更新由索引部分的“Updatable”标志控制。
- 唯一性：同一索引的声明不可重复，避免同一身份对同一属性生成矛盾声明。
3. 身份状态（Identity State, IdState）
身份状态是身份当前所有默克尔树状态的哈希摘要，用于锚定在区块链上以确保可验证性，计算方式为：
IdState = H(ClR || ReR || RoR)
其中：
ClR：声明树（ClT）的根哈希；ReR：撤销树（ReT）的根哈希；RoR：根树（RoT）的根哈希；H：由身份类型定义的哈希函数（如 Poseidon）。
身份状态的核心作用：
- 锚定在区块链上，关联时间戳，确保身份状态的不可篡改与可追溯；
- 支持身份状态变迁（如添加/更新/撤销声明），变迁需通过“身份状态转换函数（ITF）”验证。
三、核心密码学技术：零知识证明（ZKP）
协议使用 zkSNARKs Groth16 方案实现零知识证明，核心目标是让持有者在不暴露敏感信息（如创世ID、声明内容）的情况下，向验证者证明声明的有效性。
1. zkSNARKs Groth16 特性
| 特性 | 说明与协议适配性 |
|---|---|
| 非交互性（Non-interactive） | 仅需持有者发送一份证明，验证者即可完成验证，支持智能合约自动验证（适配区块链场景）。 |
| 高效验证（Efficient Verification） | 验证过程计算成本低、证明体积小，适合区块链上的低成本验证（规避高Gas费）。 |
| 证明生成复杂（Heavy Proof Generation） | 生成证明需大量计算，需高性能硬件支持，但协议通过批量处理（如批量添加声明）降低频率。 |
| 可信设置（Trusted Setup） | 需提前生成密钥并销毁，确保验证者无法作弊，协议通过标准化流程保证设置的安全性。 |
2. 协议中 ZKP 的核心应用场景
- 身份所有权证明：证明持有者知道与“操作密钥授权声明”对应的私钥，无需暴露声明内容或私钥。
- 声明有效性证明：证明声明已由指定身份签发、未被撤销、未过期，且为最新版本，无需暴露创世ID或声明细节。
- 身份状态转换证明：证明身份从旧状态到新状态的变迁符合协议规则（如仅追加声明、正确标记撤销），确保区块链上的状态更新合法。
四、关键流程
1. 身份创建与初始化
- 生成初始操作密钥（Baby Jubjub 曲线，适配 zkSNARKs）；
- 创建“操作密钥授权声明”，作为创世声明树（ClT）的初始叶节点；
- 计算创世声明树根（ClR）、空撤销树根（ReR）、空根树根（RoR），生成创世身份状态；
- 基于创世身份状态计算 Genesis ID（31字节，Base58编码），完成身份初始化（创世状态无需上链，可直接通过 Genesis ID 验证）。
2. 声明的签发与发布
- 签发声明：签发者（Issuer）生成声明（含索引、值部分），通过私钥授权后，将声明添加到自身声明树（ClT），更新 ClR；
- 更新身份状态：将新 ClR 加入根树（RoT），更新 RoR，计算新的身份状态（IdState）；
- 上链锚定：通过直接交易或 Relay（中继）将新 IdState 发布到区块链智能合约，关联时间戳；
- 批量处理：支持一次性添加多个声明（批量签发），仅需生成一份零知识证明，提升 scalability。
3. 声明的验证（含有效性与最新版本）
验证者需确认声明的“历史签发合法性”与“当前有效性”，流程分为两步：
（1）证明声明已签发（历史合法性）
需提供以下材料：
- 声明原文（含索引、值部分）；
- 签发时的时间戳
t1； - 声明到当时声明树根（ClR_t1）的默克尔树证明（MTP）；
- 当时的根树（RoR_t1）、撤销树（ReR_t1）与身份状态（IdState_t1，需在区块链上可查）。
（2）证明声明当前有效（未撤销、未过期、最新版本）
需提供以下材料：
- 声明的撤销随机数与版本号；
- 最新时间戳
t2（验证者可指定“近期”范围，如5分钟内，避免数据竞争）； - 撤销随机数/版本号“未存在于撤销树”的默克尔树证明（MTP，证明声明未被撤销）；
- 最新的 ClR_t2、RoR_t2、ReR_t2 与 IdState_t2（区块链可查）；
- 若声明含过期时间，需证明当前时间早于过期时间（通过 ZKP 隐藏具体时间）。
4. 声明的更新与撤销
（1）声明更新
- 生成新版本声明（版本号+1，索引部分不变，值部分更新）；
- 将新版本声明添加到声明树（ClT），更新 ClR；
- 在撤销树（ReT）中添加“旧版本声明的撤销随机数+旧版本号”，标记旧版本失效；
- 更新根树（RoT）与身份状态（IdState），并上链锚定。
（2）声明撤销
- 在撤销树（ReT）中添加“目标声明的撤销随机数+最新版本号”，标记该声明所有版本失效；
- 更新身份状态（IdState）并上链，确保撤销信息可被验证者查询；
- 撤销不可逆：一旦写入撤销树，无法删除或修改，确保验证者信任。
5. 身份密钥轮换
身份可通过“签发新操作密钥声明+撤销旧操作密钥声明”实现密钥轮换，流程如下：
- 生成新的 Baby Jubjub 操作密钥；
- 签发“新操作密钥授权声明”，添加到声明树（ClT）；
- 在撤销树（ReT）中添加“旧操作密钥声明的撤销随机数+版本号”，标记旧密钥失效；
- 更新身份状态并上链，新密钥可用于后续声明签发与零知识证明生成。
五、隐私增强机制
1. Identity Profile（身份档案）
核心目标是隐藏 Genesis ID，避免用户被跨平台追踪，实现“场景化身份”管理，关键特性如下：
（1）生成方式
Identity Profile = 哈希(Genesis ID + 随机Nonce)，格式与 Genesis ID 完全一致（31字节，Base58编码）：
IDtype：继承自 Genesis ID 的2字节类型；profile_state：Genesis ID 与 Nonce 的 Poseidon 哈希的前27字节；checksum：类型+profile_state 的16位小端校验和。
（2）核心隐私属性
- 不可逆性：无 Nonce 则无法从 Profile 反推 Genesis ID，确保底层身份不泄露；
- 不可区分性：Profile 与 Genesis ID 格式一致，外部无法判断当前使用的是基础身份还是场景化身份；
- 抗追踪性：用户可对不同平台/场景使用不同 Nonce 生成 Profile，避免跨场景追踪；
- 声明复用性：基于 Genesis ID 或某 Profile 的声明，可通过 ZKP 转换为另一 Profile 的证明，且不暴露关联关系。
2. 全局身份状态树（GIST）的隐私保护
- 索引设计：GIST 的叶节点索引为“Genesis ID 的哈希”（而非 Genesis ID 本身），避免因 Genesis ID 固定前缀导致树失衡，同时隐藏身份的底层标识；
- 所有权证明：用户可通过 ZKP 证明“自身身份状态存在于 GIST 中”，无需暴露 Genesis ID，仅需证明哈希映射关系。
3. 隐私保护细节
- 声明树私有化：仅声明树的根哈希（ClR）上链，声明内容本身不公开，避免敏感属性泄露；
- Relay 中继上链：身份状态可通过 Relay 发布到区块链，验证者仅需查询 Relay 状态，无需直接关联用户身份；
- 零知识隐藏敏感信息：验证时可通过 ZKP 隐藏声明的部分字段（如具体过期时间、身份标识），仅证明“满足某条件”（如“已成年”“拥有某权限”）。
六、协议实现与参考资源
- 默克尔树规范：协议文档内定义，未来可兼容其他稀疏二进制ZK友好树；
- Baby Jubjub 曲线规范：协议文档内定义，适配 zkSNARKs 的高效签名与加密；
- 核心电路代码：
- 身份状态转换电路：https://github.com/iden3/circuits/blob/master/circuits/stateTransition.circom
- 身份所有权证明电路：https://github.com/iden3/circuits/blob/master/circuits/lib/idOwnershipBySignature.circom
- 零知识凭证验证电路：https://github.com/iden3/circuits/tree/master/circuits/lib
- 数据存储选项：
- 身份状态上链：EVM 兼容区块链智能合约；
- 声明树/撤销树数据：IPFS（通过 IPNS 地址访问）或 HTTPS 端点（标准化 API）。
七、协议局限性与未来方向
- 当前局限性：V0 版本中，智能合约暂不验证声明树的“仅追加”特性（因批量添加声明的 ZKP 计算复杂，需平衡 scalability）；
- 未来方向：
- 支持更多 ZKP 方案（如 PLONK，无需可信设置）；
- 优化批量声明处理的计算效率，降低证明生成成本；
- 扩展身份类型与声明 schema，适配更多场景（如金融、医疗、社交）。