Python Web 开发进阶实战：可验证网络 —— 在 Flask + Vue 中实现去中心化身份（DID）与零知识证明（ZKP）认证

第一章：为什么需要可验证网络？

1.1 传统身份系统的缺陷

问题	说明

中心化风险 | 平台掌握用户身份，可滥用或被攻破（如 Facebook 数据泄露）

重复 KYC | 每个新服务都要重新提交身份证、住址等

信息过曝 | 验证年龄需提交完整出生日期

1.2 可验证网络三要素（W3C 标准）

DID（去中心化标识符）
- 格式：did:example:123456abcdef
- 特性：用户创建、用户控制、无需注册机构
- 存储：区块链 / IPFS / 去中心化存储
VC（可验证凭证）
- 由 Issuer（发行方） 签发（如政府、银行）
- 包含 Claims（声明） + Issuer 签名
- 示例：
{
"@context": ["https://www.w3.org/2018/credentials/v1"],
"type": ["VerifiableCredential", "AgeCredential"],
"issuer": "did:example:gov123",
"issuanceDate": "2025-01-01T00:00:00Z",
"credentialSubject": {
"id": "did:example:user456",
"birthDate": "2000-05-20"
},
"proof": { /* 签名 */ }
}
VP（可验证陈述）
- 用户从多个 VC 中 选择性披露 信息
- 可附加 零知识证明 实现最小化披露

信任模型转变 ：

从 "相信平台" → "验证密码学证明"

第二章：架构设计 ------ DID + ZKP 全栈集成

2.1 整体流程（无密码登录）

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[Vue 前端]
    │
    ├── 1. 生成挑战（nonce） ←── [Flask 后端]
    │
    ├── 2. 用户钱包签名 nonce + DID
    │      （或生成 ZK 证明）
    │
    └── 3. 提交 VP → [Flask 验证] → 登录成功

2.2 技术栈选型

功能	技术	说明

DID 管理 | ethr-did（以太坊兼容） | 支持 EVM 链

VC 签发/验证 | veramo（JavaScript SDK） | W3C 兼容

ZK 电路 | Circom + SnarkJS | 浏览器友好

钱包连接 | WalletConnect v2 | 支持多钱包

后端验证 | Python py_did + 自定义 ZK 验证器 |

第三章：无密码登录 ------ DID 签名认证

3.1 后端：生成挑战

复制代码

# routes/auth.py
from flask import session
import secrets

@app.route('/auth/challenge')
def get_challenge():
    challenge = secrets.token_urlsafe(32)
    session['challenge'] = challenge
    return jsonify({"challenge": challenge})

3.2 前端：钱包签名

复制代码

<script setup>
import { EthereumProvider } from '@walletconnect/ethereum-provider'

const connectWallet = async () => {
  const provider = await EthereumProvider.init({
    projectId: 'YOUR_WALLETCONNECT_ID',
    chains: [1],
    methods: ['eth_requestAccounts', 'personal_sign']
  })
  await provider.enable()
  window.ethereum = provider
}

const loginWithDID = async () => {
  // 1. 获取挑战
  const res = await fetch('/auth/challenge')
  const { challenge } = await res.json()
  
  // 2. 获取用户地址（作为 DID）
  const accounts = await window.ethereum.request({ method: 'eth_requestAccounts' })
  const did = `did:pkh:eip155:1:${accounts[0].toLowerCase()}`
  
  // 3. 签名挑战
  const signature = await window.ethereum.request({
    method: 'personal_sign',
    params: [challenge, accounts[0]]
  })
  
  // 4. 提交 VP
  await fetch('/auth/verify', {
    method: 'POST',
    headers: { 'Content-Type': 'application/json' },
    body: JSON.stringify({ did, challenge, signature })
  })
}
</script>

3.3 后端：验证签名

复制代码

# utils/did_auth.py
from ecdsa import VerifyingKey, SECP256k1
import sha3
from eth_utils import to_checksum_address

def verify_did_signature(did: str, challenge: str, signature: str) -> bool:
    # 1. 从 DID 提取地址
    if not did.startswith('did:pkh:eip155:1:'):
        return False
    address = to_checksum_address('0x' + did.split(':')[-1])
    
    # 2. 构造签名消息（EIP-191）
    message = f"\x19Ethereum Signed Message:\n{len(challenge)}{challenge}"
    message_hash = sha3.keccak_256(message.encode()).digest()
    
    # 3. 恢复公钥
    sig = bytes.fromhex(signature[2:])  # 去掉 0x
    vk = VerifyingKey.from_signature(
        sig[:-1],  # 去掉恢复 ID
        message_hash,
        curve=SECP256k1,
        hashfunc=sha3.keccak_256
    )
    recovered_addr = to_checksum_address(vk.to_string('compressed')[1:])
    
    return recovered_addr == address

优势：

无密码、无 OAuth 依赖

用户用已有钱包即可登录

第四章：零知识证明实战 ------ 年龄验证

4.1 问题定义

用户想证明自己 ≥18 岁，但不想透露具体生日。

4.2 ZK 电路设计（Circom）

复制代码

// circuits/age_check.circom
pragma circom 2.0.0;

template AgeCheck() {
    signal input birthYear;   // 用户私有输入
    signal input currentYear; // 公共输入
    signal output isAdult;    // 公共输出

    signal diff;
    diff <== currentYear - birthYear;
    isAdult <== diff >= 18 ? 1 : 0;
}

component main = AgeCheck();

4.3 编译与生成证明（前端）

复制代码

# 编译电路
circom age_check.circom --r1cs --wasm --sym

# 启动 SnarkJS 服务（用于可信设置）
snarkjs groth16 setup age_check.r1cs pot17_final.ptau age_check_0000.zkey

4.4 浏览器中生成证明

复制代码

// zk/age_prover.ts
import { groth16 } from 'snarkjs'
import ageCheckWasm from './age_check.wasm?url'
import zkey from './age_check_0000.zkey?url'

export async function generateAgeProof(birthYear: number, currentYear: number = 2025) {
  const { proof, publicSignals } = await groth16.fullProve(
    { birthYear, currentYear },
    ageCheckWasm,
    zkey
  )
  
  return {
    proof,
    publicSignals // [isAdult (0/1), currentYear]
  }
}

4.5 后端验证证明

复制代码

# utils/zk_verifier.py
import json
from py_ecc.bn128 import bn128_curve as curve
from snarkjs import groth16_verify  # 假设有 Python 绑定

def verify_age_proof(proof_json: dict, public_signals: list) -> bool:
    with open('verification_key.json') as f:
        vkey = json.load(f)
    return groth16_verify(vkey, public_signals, proof_json)

隐私保障：

后端只知道 isAdult=1，不知道 birthYear=2000

证明不可伪造（基于椭圆曲线密码学）

第五章：可验证凭证（VC）系统

5.1 发行 VC（银行 KYC 场景）

复制代码

# services/vc_issuer.py
from veramo import create_verifiable_credential

def issue_kyc_vc(user_did: str, name: str, birth_date: str):
    credential = {
        "@context": ["https://www.w3.org/2018/credentials/v1"],
        "type": ["VerifiableCredential", "KYCCredential"],
        "issuer": BANK_DID,
        "issuanceDate": datetime.utcnow().isoformat() + "Z",
        "credentialSubject": {
            "id": user_did,
            "name": name,
            "birthDate": birth_date
        }
    }
    return create_verifiable_credential(credential, issuer_private_key)

5.2 用户存储 VC

数字钱包（如 Polygon ID Wallet）安全存储 VC
VC 不上链：仅 DID 文档和状态（如撤销）上链

5.3 验证 VC（第三方平台）

复制代码

# routes/verify_kyc.py
from veramo import verify_credential

@app.route('/verify/kyc', methods=['POST'])
def verify_kyc():
    vp = request.json  # Verifiable Presentation
    # 1. 验证 VC 签名
    if not verify_credential(vp['verifiableCredential']):
        return jsonify({"error": "Invalid VC"}), 400
    # 2. 检查 DID 是否在许可列表
    if vp['holder']['id'] not in allowed_dids:
        return jsonify({"error": "Unauthorized"}), 403
    return jsonify({"status": "verified"})

优势：

用户一次 KYC，多处复用

平台无需存储敏感个人信息

第六章：前端集成 ------ Vue + WalletConnect

6.1 封装 DID 登录组件

复制代码

<template>
  <button @click="login" :disabled="loading">
    {{ loading ? 'Connecting...' : 'Login with Wallet' }}
  </button>
</template>

<script setup>
import { useDIDAuth } from '@/composables/didAuth'

const { login, loading } = useDIDAuth()
</script>

6.2 Composable 逻辑

复制代码

// composables/didAuth.ts
import { ref } from 'vue'

export function useDIDAuth() {
  const loading = ref(false)
  
  const login = async () => {
    loading.value = true
    try {
      await connectWallet()
      const { challenge } = await fetchChallenge()
      const { did, signature } = await signChallenge(challenge)
      await submitVP({ did, challenge, signature })
      // 登录成功，跳转
      router.push('/dashboard')
    } finally {
      loading.value = false
    }
  }
  
  return { login, loading }
}

用户体验：与传统"微信登录"按钮无异，但更安全、更隐私。

第七章：隐私与安全最佳实践

7.1 防重放攻击

挑战（nonce）一次性 + 短期有效（如 5 分钟）
VP 中包含 有效期 和 唯一 ID

7.2 凭证撤销

使用 Status List 2021（W3C 标准）
撤销列表存储于 IPFS，DID 文档指向最新列表

7.3 最小化披露原则

默认使用 ZK 证明 而非原始 VC
前端明确告知用户"将披露哪些信息"

第八章：性能与兼容性

8.1 ZK 证明生成时间

设备	电路复杂度	生成时间

现代笔记本 | AgeCheck（简单） | ～800ms

iPhone 14 | 同上 | ～1.2s

低端安卓 | 同上 | ～2.5s
优化：

预加载 WASM 模块

使用 Web Worker 避免阻塞 UI

8.2 钱包兼容性

钱包	DID 支持	VC 支持

MetaMask | ✅ (via Snap) | ❌

Polygon ID Wallet | ✅ | ✅

Microsoft Entra Verified ID | ✅ | ✅
策略：优先支持 Polygon ID，降级到 DID 签名。

第九章：合规与伦理

用户可删除 VC：钱包本地删除，平台仅保留验证记录（无 PII）
数据最小化：ZK 证明天然符合

9.2 防止歧视

避免生物特征 VC：如种族、基因等敏感属性
开源验证逻辑：防止隐藏偏见算法

第十章：未来方向

10.1 BBS+ 签名

支持 选择性披露 而无需 ZK（如只出示 VC 中的"年龄"字段）
工具：@mattrglobal/bbs-signatures

10.2 跨链 DID

使用 ENS + .eth 域名 作为人类可读 DID
示例：did:pkh:eip155:1:0x... → alice.eth

总结：构建用户主权的身份层

可验证网络不是加密乌托邦，而是下一代互联网信任基础设施。

Python Web 开发进阶实战：可验证网络 —— 在 Flask + Vue 中实现去中心化身份（DID）与零知识证明（ZKP）认证

第一章：为什么需要可验证网络？

1.1 传统身份系统的缺陷

1.2 可验证网络三要素（W3C 标准）

第二章：架构设计 ------ DID + ZKP 全栈集成

2.1 整体流程（无密码登录）

2.2 技术栈选型

第三章：无密码登录 ------ DID 签名认证

3.1 后端：生成挑战

3.2 前端：钱包签名

3.3 后端：验证签名

第四章：零知识证明实战 ------ 年龄验证

4.1 问题定义

4.2 ZK 电路设计（Circom）

4.3 编译与生成证明（前端）

4.4 浏览器中生成证明

4.5 后端验证证明

第五章：可验证凭证（VC）系统

5.1 发行 VC（银行 KYC 场景）

5.2 用户存储 VC

5.3 验证 VC（第三方平台）

第六章：前端集成 ------ Vue + WalletConnect

6.1 封装 DID 登录组件

6.2 Composable 逻辑

第七章：隐私与安全最佳实践

7.1 防重放攻击

7.2 凭证撤销

7.3 最小化披露原则

第八章：性能与兼容性

8.1 ZK 证明生成时间

8.2 钱包兼容性

第九章：合规与伦理

9.1 GDPR 合规

9.2 防止歧视

第十章：未来方向

10.1 BBS+ 签名

10.2 跨链 DID

总结：构建用户主权的身份层