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零知識證明-走進PLONK世界系列 第 29

[Day29] 零知識證明-走進PLONK世界: PlonK 演算法(第一輪)

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PLONK 演算法

證明者演算法可以分成五輪,現在就由第一輪開始,其中證明者計算線多項式,然後並提交給驗證者。
但在此之前,需要回到KZG並解決一些尚未解決的問題。具體來說,將展示誰產生評估挑戰以及如何隱藏多項式評估以獲得零知識協議。

第一輪的步驟:

  1. 產生一組隨機綁定的標量
    https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/201195691jIzTX3zMR.png

  2. 計算線多項式:
    https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569Fc76koy1hM.png

  3. 計算及產出證明:
    https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569KcIp0RcCiT.png

驗證者提出挑戰

在描述 KZG 時,當中的挑戰是以某種方式給出的。在交互式情況下,該值可以由驗證者發出,但我們的目標是非交互式協議。
將交互式協定轉換為非交互式協定可以透過 Fiat-Shamir 來完成,這表示證明者使用隨機預言機及自行計算所有挑戰。
所產出的預言可能是加密雜湊函數 H ,而 H 可以接受可變長度輸入及會得出一個固定長度輸出。
重要的屬性是:

  1. 預言機是確定性的
    相同的輸入值,永遠只會傳回相同的輸出結果。
  2. 輸出會像隨機的
    預言機的輸出會與隨機產出的序列一樣,換言之可以說預言機的輸出是具隨機性。

當證明者需要被驗證者挑戰時,可以去查詢預言機 H 某些輸入值。在 PlonK 下,向預言機 H 的輸入會是一個協議記錄。
可以把它理解為以下部分組成的協議的總結:

  1. 預處理的輸入值
  2. 電路的公共的輸入值
  3. 證明者計算的多項式承諾和打開點

驗證者也可以存取隨機預言。由於它是確定性的及相關的記錄是公開的,驗證者可以在驗證階段重組相關挑戰。
這種啟發式有一些需要注意的安全假設。

驗證者如何知道證明者在選擇挑戰時沒有作弊?
根據協議,證明者可以查詢隨機預言機以獲得挑戰。但是有什麼阻止他自己選擇合適的挑戰呢? KZG 的驗證階段主要檢查:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569lulpiZa8QJ.png
然而,如果證明者試圖偽造證明和計算出證人 w(τ) 和使用 y 來計算出評估 v=f(z)。
這不是由我們得到的隨機預言所決定的:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569yIxetffhNx.png

數值 T, z 都是固定值的,因為 T 由 SRS 的生成決定,而 z 由隨機預言機決定。
這意味著我們正在檢查兩個不同多項式在點 z1 的相等性。此檢查成功的機率可以忽略不計。
結果是不可能欺騙協議,因為驗證者可以檢索挑戰 z 從隨機預言檢視多項式在打開點的運算結果的有效性。

重溫 PlonK 圖
可以重申 PlonK 協議的圖表並且更加詳細。在證明者演算法的每一輪中,
都會基於已經完成計算的資料來創建多項式。最後證明者發送證明 π,
由隨機預言機取得的挑戰所得出的多項式承諾和多項式評估組成。
由於多項式承諾方案,驗證者可以驗證打開點的有效性,及執行驗證者演算法中描述的檢查。

綁定關係
到目前為止,我們已經討論了非零知識的普通 KZG 多項式承諾方案。
打開一個在挑戰的一個點的一個承諾多項式,會展示到有關該多項式的信息。然而在這裡的目標是使協議成為零知識,
因此在過程中是不會洩露任何相關資訊。
通過改變KZG,使證明者可以讓驗證者相信評估的有效性,但驗證者不會知道真正的評估內容。
為了實現這一目標,將使用綁定標量和零多項式。

綁定標量

考慮一個多項式 f(x) 在被預言機選擇的挑戰的點上打開。
PlonK 論文協議就建議以隨機的綁定標量來修改已提交的多項式:
假設綁定標量如下:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569OgKls9EzB4.png
因此可以有以下公式:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569yBa3ucbICd.png
綁定標量的數量應該會是至少比在f(x)上打開的數量增加1個。
由於x是在H內的元素,所以 f`(x) 會有包含一些 f(x)的資料。
然而,挑戰是由隨機預言機選擇的,這保證了它們是隨機選擇的。由於評估域的大小與次序的Fp域相比是較小,
選擇 H 內的隨機元素的機率是∣H∣/p,也會被認為是可以忽略不計。

如果選擇的挑戰不是來自 H,則多項式會被綁定化,很難從綁定化多項式中獲得原始多項式。

計算線多項式

首先,要用以下等式來表示多項式承諾:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569atcWBuUoV4.png
通過SRS形式,承諾將在多項式中的 T 點被評估及編碼為橢圓曲線的點,所以這個橢圓曲線的點會跟SRS是相對應的。
在第一輪,基本上是通過從計算表來創建一個多項式及提交出來,用於將證明者與見證人綁定起來,
同時透過應用拉格朗日插值及以綁定標量的形式增加隨機性,也將每一列作為線多項式的形式表示。
綁定標量由證明者隨機及獨立地進行抽取:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569xcY93BbTQK.png
在完成創建以上的多項式後,證明者可以得到證明:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/20119569jBZaP7zqx7.png
因此,在第一輪最後可以得出:
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20241013/201195690spho8JEgV.png
這個P的3個值是對應了算術表中的3個列,
然後用於KZG中。


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