ETR:一文详解多项式承诺：如何重塑整个区块链？

原文作者：Xiang｜W3.Hitchhiker

原文编辑：Evelyn｜W3.Hitchhiker

不同多项式承诺方案列表

上表中，FRI是Starkware采用的多项式承诺方案，可以实现量子级别的安全，但证明的数据量却是最大；IPA是Bulletproof和Halo2零知识算法默认的多项式承诺方案，验证时间相对较长，采用的项目有门罗币，zcash等，前两者是不需要初始可信设置的。

由上图可以看出在证明大小与验证时间上，KZG多项式承诺的优势比较大，KZG承诺也是目前应用最广的一种多项式承诺方式。但KZG是基于椭圆曲线，配对函数，需要初始可信设置的。

ETH升级路线与多项式承诺的关联

在ETH相关生态及其未来升级路线中，都可以看到多项式承诺的踪影。

PoW(工作量证明)共识将会转变成PoS(权益证明)。

TheVerge：

引入Verkle树(VerkleTrees)的设计来优化以太坊上的数据存储。

Aleph Zero发布测试网11.1并推出新版本的Aleph Zero钱包:5月31日消息，Layer1 隐私增强区块链 Aleph Zero 发布测试网 11.1 并推出新版本的 Aleph Zero 钱包，称为 azero.dev。测试网 11.1 除了错误修复和改进之外，包含分割委员会、理由同步机制等功能更新，要求验证者尽早更新其节点。Aleph Wallet 8.2 的更新包括多重签名支持、用户界面改进。测试网 11.1 和 Aleph Wallet 8.2 更新适用于主网和测试网。[2023/5/31 11:49:52]

TheSplurge：

四个不同部分升级后的协调，旨在减少错误(Bugs)的出现和确保网络能畅顺运作，还有就是EVM改进和添加账号抽象模型等。

其中TheSurge升级将借鉴多项式承诺技术实现数据可抽样性功能，TheVerge升级将利用多项式承诺来优化其数据结构，ETHL2的zkrollup也都采用了多项式承诺来实现其零知识证明带来的性能拓展。

什么是KZG多项式承诺

Bitfinex将于5月17日支持CryptoGPT（GPT）更名为LayerAI（LAI）:5月11日消息，Bitfinex将于2023年5月17日上午11点（UTC时间）支持CryptoGPT（GPT）更名为LayerAI（LAI）。Bitfinex上的CryptoGPT（GPT）交易、存取款将于2023年5月16日上午11:00（UTC时间）停止，请客户在此之前取消任何与CryptoGPT（GPT）的未结订单，届时系统将取消所有剩余的未结订单。LayerAI（LAI）的交易、存取款预计将在更名完成后不久开放（预计在2023年5月17日），支持LAI/USD和LAI/USDT交易对。[2023/5/11 14:56:54]

此文这里只介绍较好理解的KZG多项式承诺，KZG多项式承诺也被称为卡特多项式承诺方案，是Kate，Zaverucha和Goldberg一起发表的。在一个多项式方案中，证明者计算一个多项式的承诺，并可以在多项式的任意一点进行打开，该承诺方案能证明多项式在特定位置的值与指定的值一致。

之所以被称为承诺，是因为当一个承诺值发送给某对象(验证者)时，证明者不可以改变当前计算的多项式。他们只能够对一个多项式提供有效的证明；当试图作弊时，它们要不无法提供证明，要不证明被验证者拒绝。

路透社：FTX曾在迎合监管要求的收购上花费20亿美元:11月18日消息，FTX 曾在迎合监管要求的收购上花费了大约 20 亿美元，主要包括：收购期货交易平台 LedgerX LLC（一举获得了三个美国商品期货交易委员会许可证，这些许可证使 FTX 可以作为受监管的交易平台进入美国大宗商品衍生品市场）、收购美国股票交易平台 IEX Group 大约 10% 的股份（使 SBF 有机会通过 IEX 游说美国证券交易委员会）。

据悉，FTX 今年 6 月份在给投资者的文件中宣称其「在加密领域拥有最干净的品牌」。目前 SBF 没有有回应路透社有关 FTX 监管策略问题的置评请求，FTX 官方、美国证券交易委员会和美国商品期货交易委员会也都拒绝就此事发表评论。[2022/11/18 13:22:16]

KZG数学原理

详细可参考QiZhou博士在DappLearning讲解的关于KZG视频。

在理解KZG之前，可以先了解一下多项式、群、环、域、椭圆曲线、生成元、配对公式、朗格朗日插值等数学定义。

由于椭圆曲线群并不支持运算多项式之间的乘法运算，所以此时得采用配对函数去解决

比特币全网未确认交易数量为22089笔:金色财经报道，据BTC.com数据显示，目前比特币全网未确认交易数量为22089笔，全网算力为267.56EH/s，24小时交易速率为3.11交易/s，目前全网难度为36.84T，预测下次难度下降0.7%至36.58T，距离调整还剩2天7小时。[2022/11/5 12:18:23]

批量证明

具体应用场景

多项式承诺应用方向总结起来可以分为3大类

数据可用性

数据结构优化

零知识证明系统

1.数据可用性

DAS

核心目的：数据缺失则无法通过大多数节点抽查

尽力做到：占用带宽小，抽样过程所需计算量小

纠删码

纠删码会增加额外数据块，这种情况很容易通过抽样调查发现，从而提升安全性。

以上图为例，有4个数据，一次只能抽样一个，假设一个数据有问题，每个用户抽样发现错误的概率是1/4，但是加入两数据块后，还是一个数据有问题，用户抽样发现的概率可以高达1/2。这样就能大幅提升安全性。

持有1枚以上BTC地址数量创历史新高:金色财经消息，据 glassnode 数据显示，持有 1 枚以上 BTC 地址数量突破 90 万个，截至目前为 900,198 个，创下历史新高。[2022/9/2 13:03:49]

KZG也可实现纠删码，利用拉格朗日公式：

比如把(0,3)，(1,6)带入公式可得，y=3x3

y1，y2可以理解为要保存的数据，

对应点(3,12)等等，其中y值可以作为纠删码数据，其中任意两个点都可以推出原多项式公式系数。

不同数据可用性项目组成

Celestia=Tendermint(cosmos)2d纠删码欺诈证明NamespacemerkletreeIPFS基础设施

PolygonAvail=Substrate(Polkadot)2d纠删码KZG多项式承诺IPFS基础设施

ETHprotoDankSharding=Blobs数据2d纠删码KZG多项式承诺ETH基础设施

EIP-4844升级将在TheMerge之后的下一个以太坊分叉升级中引入“proto-danksharding”并添加blob交易类型，这有望将第2层Rollup的可扩展性提高，同时为实现完全分片铺平道路。

BlobTransaction

增加一种新的交易类型，这种交易包含额外的存储空间——Blobs

Blob开始只有128KiB的存储空间

一个交易最多包含2个Blob，即256KiB

一个Block最多包含16个，即2MiB；Target是8个，即1MiB

Blob以KZGCommitmentHash作为Hash，用于数据验证，作用和Merkle类似

节点同步链上的BlobTransaction后，Blob部分会在一段时间后过期删除

L2需要通过更新目前在L1的合约，以支持DankSharding。

Celestia通过欺诈证明实现。当见证人发现数据没有被正确采用删码技术，那么这个人就会将欺诈证明提交从而来提醒其他节点。但是这里需要最少诚实假设和同步假设。

protoDanksharding后的以太坊和PolygonAvail则采用了KZG多项式承诺（KZGcommitments)的方法。

KZG多项式承诺方案，理论上要优于欺诈证明方案，带宽需求更小，抽样所需计算量也更小，也免去了欺诈证明中的包括少数诚实假设和同步假设等的安全假设。未来ETH也有意引入抗后量子密码学(参考stark，采用哈希，不在使用椭圆曲线作为基础)，避免量子计算机攻击。

2.数据结构优化VerkleTree

VerkleTree的概念在2018年推出，作为ETH升级的一个重要部分，其相比于MerkleTree，在Proof的大小上，有着很大的提升；对于规模在十亿级别的数据，MerkleTree的proof大约需要1kB，而对于VerkleTree，它将小于150Bytes。

与MerkleTree一样VerkleTree也能实现ProofofInclusion，而且只需KZGroot和Data就能验证，不需要额外的Proof，更省带宽。

1.需求：StatelessClient

节点不存完整的StateTree，只获取需要的State来验证Block

PortalNetwork

对StateTree的PoI有更高的性能要求

2.回顾DataAvailability里的KZGcommitment

每个leaf都是polynomial上的点

constantsizeproof，和leaf数量无关

3.VerkleTree

在不同树结构中构建证明，更新证明，以及证明所需的复杂度：

Verkle方案不需要以太坊客户端下载完整的状态数据，使得ETH验证者轻节点成为可能(甚至可支持手机运行)，多项式承诺需要的证明空间复杂度大幅降低，带宽量需求量也大幅减少。

3.零知识证明系统

早期zk技术属于线性PCP类。除要求可信设置外，主要缺点是如果需要为不同的计算提供证明，都需要一次新的设置。近期zk技术PIOP类支持通用初始设置和透明设置。

新的zk证明系统通常可以描述为PIOPPCS。前者可被视为是证明者用来说服验证者的约定程序，而后者使用数学方法确保该程序不会遭到破坏。项目方可以按需修改PIOP，且可以在不同PCS中进行选择。

由Amber文章里的图可以看到zk系公链项目采用KZG方案的最多，有PloygonHermez，Scoll，Zksync2.0，Aztec，Aleo，Manta，以太坊基金会支持的PSE也采用的KZG方案。而Starknet，Risc0，PolygonMiden采用的是FRI方案，PloygonZkvm(Hermez)则是FRI与KZG的结合。

值得一提是，一些新的零知识证明系统支持多项式承诺方案的切换，KZG未来也可以切换成其他多项式承诺方案。

总的来说，多项式承诺正在重塑整个区块链的架构，不论是在链的数据结构优化上，模块化区块链的数据可用性上，还是零知识证明系统上都将大有作为。其他地方是否还存在应用场景也是非常值得探索与跟进的。

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