Dark Forest 是一款實時策略遊戲。星球移動和攻占是遊戲的策略重點，為了在不公開星球坐標的情況，還能證明星球的移動正確，引入了零知識證明技術。
原文標題：《Dark Forest – 採用零知識證明技術的遊戲》
撰文： Star Li
Dark Forest 是一款MMO （大型多人在線遊戲類型）遊戲。我比較感興趣的是這款遊戲使用了零知識證明技術。零知識證明技術應用越來越豐富：隱私、跨鏈、ZK Rollup，遊戲等等。本文介紹Dark Forest 的基本策略，如何結合零知識證明技術。在文章的最後，介紹最新版本v0.6 Round 3 的遊戲體驗和截圖。
目前Dark Forest 版本已經迭代到0.6。但是，github 上的最新的代碼並沒有公開電路的部分。為了方便理解它如何採用零知識證明技術，可以查看github 公佈的0.3 的 完整代碼。
遊戲策略
看看智能合約的源代碼，可以對Dark Forest 的遊戲策略有一定的了解。智能合約的源代碼在目錄：
darkforest-v0.3/eth/contracts
整個遊戲宇宙由「星球」（Planet）組成：
struct Planet {
address owner;
uint256 range;
uint256 population;
uint256 populationCap;
uint256 populationGrowth;
PlanetResource planetResource;
uint256 silverCap;
uint256 silverGrowth;
uint256 silver;
uint256 silverMax;
uint256 planetLevel;
PlanetType planetType;
}
一個星球有兩種「資源」：人口（population）和礦（目前支持silver-銀）。人口和礦慢慢增長，但是有上限。有礦可以升級。 DarkForestInitialize.sol 定義了幾種星球類型。
struct ArrivalData {
uint256 id;
address player;
uint256 fromPlanet;
uint256 toPlanet;
uint256 popArriving;
uint256 silverMoved;
uint256 departureTime;
uint256 arrivalTime;
}
從一個星球能將資源移動到另外一個星球。星球的移動存在速度。移動的同時可以指明攜帶的資源。當到達時，如果攜帶的人員超過該星球的人口，就可以攻占星球。攻占邏輯可以查看darkforest-v0.3/eth/contracts/DarkForestLazyUpdate.sol 的applyArrival 函數（當移動完成後觸發）：
function applyArrival(
DarkForestTypes.Planet storage_planet,
DarkForestTypes.ArrivalData storage_planetArrival
) private {
// checks whether the planet is owned by the player sending ships
if (_planetArrival.player ==_planet.owner) {
// simply increase the population if so
_planet.population = SafeMath.add(
_planet.population,
_planetArrival.popArriving
);
} else {
if (_planet.population >_planetArrival.popArriving) {
_planet.population = SafeMath.sub(
_planet.population,
_planetArrival.popArriving
);
} else {
_planet.owner =_planetArrival.player;
_planet.population = SafeMath.sub(
_planetArrival.popArriving,
_planet.population
);
}
}
_planet.silver = Math.min(
_planet.silverMax,
SafeMath.add(_planet.silver,_planetArrival.silverMoved)
);
}
如果是到達自己的星球，人口和銀礦直接累加。如果是其他人的星球，如果作戰人數不夠（小於星球人口），到達星球的人口相應減少。如果作戰人數大於到達星球人口，攻占星球，並更新人口（作戰犧牲）。
星球的移動和攻占是整個遊戲的策略重點。既然是移動攻擊，每個星球有一個坐標。為了增加遊戲的策略體驗，星球的具體坐標並不公開。有點像在浩瀚的宇宙中，只能觀察（枚舉）周圍有限空間（hash 碰撞）尋找其他星球。為了在不公開星球坐標的情況，還能證明星球的移動正確，引入了零知識證明技術。
零知識證明應用
asDark Forest 遊戲V0.3 利用零知識證明技術證明了兩個和星球位置有關的操作：1/ 星球初始化(init) 2/ 星球移動(move)。電路邏輯在darkforest-v0.3/circuits/ 中。電路採用circom 開發。電路的證明採用Groth16 協議。兩個電路相對都比較簡單：
init 電路
init 電路用來確保星球創建的時候，坐標在範圍內。 x 和y 坐標都不超過2^32 次方。
/* check abs(x), abs(y), abs(r) < 2^32 */
component rp = MultiRangeProof(2, 40, 2**32);
rp.in[0] <== x;
rp.in[1] <== y;
在半徑為r 的圓形範圍內：
/* check x^2 + y^2 < r^2 */
component comp = LessThan(32);
signal xSq;
signal ySq;
signal rSq;
xSq <== x * x;
ySq <== y * y;
rSq <== r * r;
comp.in[0] <== xSq + ySq
comp.in[1] <== rSq
comp.out === 1;
mimc(x,y) 的hash 計算正確。 x/y 是private input，hash 值是public input。
/* check MiMCSponge(x,y) = pub */
/*
220 = 2 * ceil(log_5 p), as specified by mimc paper, where
p = 21888242871839275222246405745257275088548364400416034343698204186575808495617
*/
component mimc = MiMCSponge(2, 220, 1);
mimc.ins[0] <== x;
mimc.ins[1] <== y;
mimc.k <== 0;
pub <== mimc.outs[0];
move 電路
在星球移動時，檢查移動的範圍不能超過半徑為distMax 的圓：
/* check (x1-x2)^2 + (y1-y2)^2 <= distMax^2 */
signal diffX;
diffX <== x1 - x2;
signal diffY;
diffY <== y1 - y2;
component ltDist = LessThan(32);
signal firstDistSquare;
signal secondDistSquare
firstDistSquare <== diffX * diffX;
secondDistSquare <== diffY * diffY;
ltDist.in[0] <== firstDistSquare + secondDistSquare;
ltDist.in[1] <== distMax * distMax + 1;
ltDist.out === 1;
確定原始坐標的hash 值以及移動後的hash 值，顯然具體坐標是private input，hash 值是public input。
component mimc1 = MiMCSponge(2, 220, 1);
component mimc2 = MiMCSponge(2, 220, 1);
mimc1.ins[0] <== x1;
mimc1.ins[1] <== y1;
mimc1.k <== 0;
mimc2.ins[0] <== x2;
mimc2.ins[1] <== y2;
mimc2.k <== 0;
pub1 <== mimc1.outs[0];
pub2 <== mimc2.outs[0];
隨著Dark Forest 版本的迭代，更新了不少新的玩法。和位置有關的證明的電路也變多了，但是基本邏輯類似，感興趣的小伙伴可以自行查看。
體驗v0.6 Round 3
體驗了一下最新的遊戲版本：v0.6 Round 3。目前參加遊戲需要邀請碼。
進入遊戲的主界面如上，由4 部分組成：1/ 最左邊是工具欄，玩家可以查看自己的星球（Planets）和裝備（Artifacts）。遊戲支持各種插件（plugins）。 2/ 最右邊是交易記錄3/ 中間是整個宇宙星球分佈圖。從某個玩家的視角看，整個宇宙由黑色背景和霧色組成。黑色背景是已經開拓的宇宙世界。霧色區域是沒有開拓的宇宙世界。在開拓的宇宙世界中有各種等級的星球。 4/ 底部是開拓掃描控制欄，可以控制掃描是否開始，從什麼坐標掃描。注意在宇宙分佈圖中的靶向圖標，這個圖標就是指明正在掃描的宇宙空間。進入遊戲的時候，嚮導程序會引導熟悉基本的功能按鈕。默認情況下，掃描程序不停的掃描未知宇宙空間。
點擊某個星球，可以查看該星球的具體參數。下圖是攻占的一個星球的參數信息：
紅色：當前人口數/ 人口上限。藍色：當前的礦數/ 礦上限。粉紅色：防禦率（百分制）/ 移動速度/ 攻擊範圍。咖啡色：裝備。 「send」按鈕可以發送人口和礦到其他星球上。 「send」功能就是對應電路中的move 操作。在move 的移動過程中，兩個星球中間有白色連線。白色連線上會顯示移動的進度。
各種星球的屬性不同，有些可以產礦，有些有裝備，有些能升級，有些不能升級等等。
每個星球從level 1 開始。 Round 3 的目標是攻占並擁有level 3 以上的星球。離原點越近的星球，分數越高者排名越高。在原點還設置了level 9 的星球，攻占了這個星球的玩家為第一名。
總結
Dark Forest 是一款實時策略遊戲。星球的移動和攻占是整個遊戲的策略重點。為了在不公開星球坐標的情況，還能證明星球的移動正確，引入了零知識證明技術。
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