加密行业

一文了解FOAKS当中的多项式承诺协议Brakedown

康水跃、孟铉济:如果密码学家没有发现张量积和多项式取值间的联系,也就不可能诞生基于Brakedown的Orion以及FOAKS这类全新的快速算法。

如果密码学家没有发现张量积(Tensor Product)和多项式取值之间的联系,那就很难出现多项式承诺协议Brakedown,也就不可能诞生基于Brakedown的Orion、以及FOAKS这类全新的快速算法。

在许多依赖多项式承诺的零知识证明系统当中,使用了不同的承诺协议。根据a16z的Justin Thaler在2022年8月文章“Measuring SNARK performance: Frontends, backends, and the future”的评估,Brakedown虽然有较大的Proof Size,但是无疑是当下最快的多项式承诺协议。

FRI、KZG、Bulletproof是更为常见的多项式承诺协议,但速度是它们的瓶颈。zkSync采用的Plonky、Polygon zkEVM采用的Plonky2、Scroll采用的Ultra-Plonk等算法都是基于KZG的多项式承诺。Prover涉及到大量的FFT计算和MSM运算生成多项式和承诺,这两者都会带来大量的计算负担。 虽然MSM有运行多线程加速的潜力,但需要大量内存,即使在高并行下也很慢,而大型FFT则严重依赖算法运行时数据的频繁洗牌,难以通过分布式加速跨计算集群加载。

正是由于有了更为快速的多项式承诺协议Brakedown,才使这类运算的复杂度大幅降低。

FOAKS即Fast Objective Argument of Knowledges,是由Fox Tech提出的一种基于Brakedown的零知识证明系统框架。FOAKS在Orion的基础上进一步减少FFT运算,目标是最终消除FFT。此外,FOAKS还设计出一种全新的非常精妙的证明递归方式来减少证明大小。FOAKS框架的优势在于在实现线性证明时间的基础上有着较小的证明大小,非常适合应用于zkRollup场景当中。

下文我们将详细介绍FOAKS所使用的多项式承诺协议Brakedown。

在密码学当中,承诺(Commitment)协议由证明者(Prover)对某一个秘密值进行承诺,生成一个公开的承诺值,这个承诺值具有绑定性(Binding)和隐藏性(Hiding),之后提交者需要打开此承诺并将消息发送到验证者,以验证承诺与消息之间的对应关系。这一点,使得承诺协议和哈希函数的作用有许多共通之处,但是承诺协议往往依赖于公钥密码学领域的数学结构。而多项式承诺(Polynomial Commitment)是一类对于多项式的承诺方案,也就是说被承诺值是多项式。而同时多项式承诺协议当中还包含了在给定的点取值并给出证明的算法,这就使得多项式承诺协议本身成为一类重要的密码学协议,是许多零知识证明系统的核心部分。

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