W3.Hitchhiker：多項式承諾，正在重塑整個區塊鏈_LET

不同多項式承諾方案列表

上表中，FRI是Starkware采用的多項式承諾方案，可以實現量子級別的安全，但證明的數據量卻是最大；IPA是Bulletproof和Halo2零知識算法默認的多項式承諾方案，驗證時間相對較長，采用的項目有門羅幣，zcash等，前兩者是不需要初始可信設置的。

由上圖可以看出在證明大小與驗證時間上，KZG多項式承諾的優勢比較大，KZG承諾也是目前應用最廣的一種多項式承諾方式。但KZG是基于橢圓曲線，配對函數，需要初始可信設置的。

ETH升級路線與多項式承諾的關聯

在ETH相關生態及其未來升級路線中，都可以看到多項式承諾的蹤影。

TheMerge：

現時的以太坊主鏈和BeaconChain將會合并，原本的PoW(工作量證明)共識將會轉變成PoS(權益證明)。

TheSurge：

添加DAS，極大的提高ETH的擴展性，通過Danksharding增強rollup性能。

TheVerge：

引入Verkle樹(VerkleTrees)的設計來優化以太坊上的數據存儲。

加密交易所Crypto.com集成CoinRoutes智能訂單路由系統:6月8日消息，加密貨幣交易所Crypto.com與訂單執行系統CoinRoutes集成，以促進機構獲得流動性。[2023/6/8 21:24:24]

ThePurge：

通過剔除歷史數據和消除技術債務，驗證者不再需要使用大量硬盤空間去進行驗證工作。

TheSplurge：

四個不同部分升級后的協調，旨在減少錯誤(Bugs)的出現和確保網絡能暢順運作，還有就是EVM改進和添加賬號抽象模型等。

其中TheSurge升級將借鑒多項式承諾技術實現數據可抽樣性功能，TheVerge升級將利用多項式承諾來優化其數據結構，ETHL2的zkrollup也都采用了多項式承諾來實現其零知識證明帶來的性能拓展。

什么是KZG多項式承諾

此文這里只介紹較好理解的KZG多項式承諾，KZG多項式承諾也被稱為卡特多項式承諾方案，是Kate，Zaverucha和Goldberg一起發表的。在一個多項式方案中，證明者計算一個多項式的承諾，并可以在多項式的任意一點進行打開，該承諾方案能證明多項式在特定位置的值與指定的值一致。

之所以被稱為承諾，是因為當一個承諾值發送給某對象(驗證者)時，證明者不可以改變當前計算的多項式。他們只能夠對一個多項式提供有效的證明；當試圖作弊時，它們要不無法提供證明，要不證明被驗證者拒絕。

KZG數學原理

Sound Ventures推出2.4億美元的AI基金:金色財經報道，風險投資公司 Sound Ventures 宣布推出 2.4 億美元的 AI 基金，將專注于投資那些在大型數據集上建立機器學習模型的人工智能公司。

據悉，Sound Ventures 成立于 2015 年，由普通合伙人 Effie Epstein、Kutcher 和 Oseary 領導。自成立以來，該公司在其各種基金中管理著超過 10 億美元的資產，并且在過去十年中已經在人工智能領域進行了一些大的投資。據悉，新的 AI 基金已經對 OpenAI、Anthropic 和 StabilityAI 進行了投資。[2023/5/3 14:39:41]

詳細可參考QiZhou博士在DappLearning講解的關于?KZG視頻。

在理解KZG之前，可以先了解一下多項式、群、環、域、橢圓曲線、生成元、配對公式、朗格朗日插值等數學定義。

具有可信設置的多項式承諾

單個證明

卡特證明單個數據的公式推衍如下，由于橢圓曲線群只支持加法同態，無法支持多項式之間的乘法，這是就需要通過配對函數解決，

馬斯克：AI競賽OpenAI領先谷歌:4月19日消息，馬斯克被問及他是否與開發超級人工智能的兩家公司有過接觸。馬斯克表示，我和OpenAI團隊談過，但我沒有和拉里·佩奇談過，因為他已經好幾年沒和我談過了，看起來OpenAI領先了。(金十)[2023/4/19 14:12:50]

由于橢圓曲線群并不支持運算多項式之間的乘法運算，所以此時得采用配對函數去解決。

由于橢圓曲線群并不支持運算多項式之間的乘法運算，所以此時得采用配對函數去解決。

批量證明

具體應用場景

多項式承諾應用方向總結起來可以分為3大類

數據可用性數據結構優化零知識證明系統1.數據可用性

DAS

核心目的：數據缺失則無法通過大多數節點抽查

盡力做到：占用帶寬小，抽樣過程所需計算量小

糾刪碼

報告：在1月份的區塊鏈活動中，游戲玩家活動占比近半:金色財經報道，根據DappRadar的一份新報告，在2023年的第一個月，游戲玩家活動占所有區塊鏈活動的近一半（48%）。此外，1月份頂級游戲代幣的市值平均增長了122%，Gala Games生態系統的數字實用型代幣GALA飆升了218%。

根據該報告，隨著行業熱潮沖擊主流受眾，人們對這些游戲代幣的興趣上升。例如，Gala Games收購了一家新的手游工作室，該工作室管理著超過2000萬美元的資產，擁有15款游戲。（Cointelegraph）[2023/2/22 12:21:05]

糾刪碼會增加額外數據塊，這種情況很容易通過抽樣調查發現，從而提升安全性。

以上圖為例，有4個數據，一次只能抽樣一個，假設一個數據有問題，每個用戶抽樣發現錯誤的概率是1/4，但是加入兩數據塊后，還是一個數據有問題，用戶抽樣發現的概率可以高達1/2。這樣就能大幅提升安全性。

KZG也可實現糾刪碼，利用拉格朗日公式：

比如把(0,3)，(1,6)帶入公式可得，y=3x+3

y1，y2?可以理解為要保存的數據，

對應點(3,12)等等，其中?y?值可以作為糾刪碼數據，其中任意兩個點都可以推出原多項式公式系數。

加密貨幣總市值為1.11萬億美元:金色財經報道，據CoinGecko數據顯示，當前加密貨幣市值為1.11萬億美元，24小時交易量為616.21億美元，當前比特幣市值占比為40.9%，以太坊市值占比為17.6%。[2023/1/30 11:35:26]

不同數據可用性項目組成

Celestia=Tendermint(cosmos)+2d糾刪碼+欺詐證明+Namespacemerkletree+IPFS基礎設施

PolygonAvail=Substrate(Polkadot)+2d糾刪碼+KZG多項式承諾+IPFS基礎設施

ETHprotoDankSharding=Blobs數據+2d糾刪碼+KZG多項式承諾+ETH基礎設施

EIP-4844升級將在TheMerge之后的下一個以太坊分叉升級中引入“proto-danksharding”并添加blob交易類型，這有望將第2層Rollup的可擴展性提高，同時為實現完全分片鋪平道路。

BlobTransaction

增加一種新的交易類型，這種交易包含額外的存儲空間——BlobsBlob開始只有128KiB的存儲空間一個交易最多包含2個Blob，即256KiB

一個Block最多包含16個，即2MiB；Target是8個，即1MiB

3.Blob以KZGCommitmentHash作為Hash，用于數據驗證，作用和Merkle類似

4.節點同步鏈上的BlobTransaction后，Blob部分會在一段時間后過期刪除

L2需要通過更新目前在L1的合約，以支持DankSharding。

Celestia通過欺詐證明實現。當見證人發現數據沒有被正確采用刪碼技術，那么這個人就會將欺詐證明提交從而來提醒其他節點。但是這里需要最少誠實假設和同步假設。

protoDanksharding后的以太坊和PolygonAvail則采用了KZG多項式承諾（KZGcommitments)的方法。

KZG多項式承諾方案，理論上要優于欺詐證明方案，帶寬需求更小，抽樣所需計算量也更小，也免去了欺詐證明中的包括少數誠實假設和同步假設等的安全假設。未來ETH也有意引入抗后量子密碼學(參考stark，采用哈希，不在使用橢圓曲線作為基礎)，避免量子計算機攻擊。

2.數據結構優化VerkleTree

VerkleTree的概念在2018年推出，作為ETH升級的一個重要部分，其相比于MerkleTree，在Proof的大小上，有著很大的提升；對于規模在十億級別的數據，MerkleTree的proof大約需要1kB，而對于VerkleTree，它將小于150Bytes。

與MerkleTree一樣VerkleTree也能實現ProofofInclusion，而且只需KZGroot和Data就能驗證，不需要額外的Proof，更省帶寬。

1.需求：StatelessClient

節點不存完整的StateTree，只獲取需要的State來驗證Block

PortalNetwork

對StateTree的PoI有更高的性能要求

2.回顧DataAvailability里的?KZGcommitment

a.每個leaf都是polynomial上的點

b.constantsizeproof，和leaf數量無關

3.VerkleTree

在不同樹結構中構建證明，更新證明，以及證明所需的復雜度：

Verkle方案不需要以太坊客戶端下載完整的狀態數據，使得ETH驗證者輕節點成為可能(甚至可支持手機運行)，多項式承諾需要的證明空間復雜度大幅降低，帶寬量需求量也大幅減少。

3.?零知識證明系統

早期zk技術屬于線性PCP類。除要求可信設置外，主要缺點是如果需要為不同的計算提供證明，都需要一次新的設置。近期zk技術PIOP類支持通用初始設置和透明設置。

新的zk證明系統通常可以描述為PIOP+PCS。前者可被視為是證明者用來說服驗證者的約定程序，而后者使用數學方法確保該程序不會遭到破壞。項目方可以按需修改PIOP，且可以在不同PCS中進行選擇。

由Amber文章里的圖可以看到zk系公鏈項目采用KZG方案的最多，有PloygonHermez，Scoll，Zksync2.0，Aztec，Aleo，Manta，以太坊基金會支持的PSE也采用的KZG方案。而Starknet，Risc0，PolygonMiden采用的是FRI方案，PloygonZkvm(Hermez)則是FRI與KZG的結合。

值得一提是，一些新的零知識證明系統支持多項式承諾方案的切換，KZG未來也可以切換成其他多項式承諾方案。

總的來說，多項式承諾正在重塑整個區塊鏈的架構，不論是在鏈的數據結構優化上，模塊化區塊鏈的數據可用性上，還是零知識證明系統上都將大有作為。其他地方是否還存在應用場景也是非常值得探索與跟進的。

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