以太坊:為以太坊引入 KZG 承諾：工程師視角（下）_Berkshire

干貨|為以太坊引入KZG承諾：工程師視角

什么是KZG10?承諾？

注3.6：如果啟動設置所計算的?,…?只計算到了指數d，這一組值是不能用來生成任何階數大于d的多項式的承諾的。反之亦然。

因為在安全的曲線上，沒有辦法用兩個點相乘來得出第三個點，所以??是一個無法求出的值，因此可以說，任意的承諾?c(f)?都只能表示一個階數小于等于d的多項式。

注3.7：使用KZG10承諾的證據基本上就是在證明?f(x)-某些余數?的結果可以按特定的辦法來分解，但這就要有一種辦法可以?相乘?這些因數，并與原始的承諾相比較?C(f)=f()。

為此，我們需要“配對方程”，就是一種能把曲線上的兩個點相乘并與另一個曲線點比較的乘法，因為我們無法直接讓這兩個曲線點直接相乘來得到合成的曲線點。

注3.8：上述兩個屬性，可以進一步用來證明某個承諾c(f)所代表的多項式f(x)的階數k小于d。

綜上，KZG10承諾可以有很好的屬性：

驗證承諾的過程是：提供底層多項式在任意點?r?上的值?y=f(r)?，以及除法多項式?q(x)=(f(x)-y)/(x-r)?在??點的值，并用?配對方程?來對比之前所提供的承諾?f。這就叫?開啟?在r點的承諾，而?q()?就是證據。容易看出，q(s)?就是?p(s)-r?除以?s-r?，恰好就是我們用配對方程來檢查的東西，即檢查?(f()-)*'=q()*'?。

美國CFTC專員認為以太坊轉向PoS機制后仍是商品:9月30日消息，美國數字商會創始人Perianne Boring在推特上表示，其詢問美國商品期貨交易委員會（CFTC）專員Christy Romero“在以太坊合并轉向PoS機制后是否會對ETH產生什么政策影響”時，Romero回應稱她仍認為以太坊是商品。[2022/9/30 6:04:02]

在非交互且確定性的版本中，?FiatShamirHeuristic?提供了一種辦法來獲得相對隨機的點r：因為隨機性只跟我們嘗試證明的輸入有關，即，只要已經有了承諾?c=f()?，r就可以用哈希所有輸入來獲得，而?承諾的提出者?要負責提供?開啟點?和?證據。

使用預先計算好的拉格朗日多項式，f()?和?q()?都可以在?求值形式?下直接計算。要計算r處的開啟值，就需要把f(x)轉為?f(x)=a0+a1*x^1....?的系數形式。可以通過?反向快速傅立葉變換?來實現，復雜度為?O(dlogd)，但甚至這里也有一種可用的替代算法，在?O(d)?的復雜度內完成計算，而無需使用反向快速傅立葉變換。

你可以使用單個開啟點和證據來證明f(x)的多個值，也就是多個索引值對應的數值，?index1=>value1、index2=>value2?…

除法多項式q(x)現在變成了f(x)除以零多項式?z(x)=(x-w^index1)*(x-w^index2)...(x-w^indexk)?的商

為以太坊礦工提供套利工具的項目Archer治理代幣上線Uniswap:匿名團隊開發的以太坊礦工可提取價值（MEV）套利產品Archer的治理代幣ARCH已上線Uniswap，項目方提供的初始流動性為370個ETH和100萬個ARCH，官方稱這部分流動性將會被鎖定至少6個月。ARCH代幣總量為1億枚，以初始流動性的價格計算，該項目的總市值超過2000萬美元。

注：Archer通過使用鏈上激勵機制來為礦工增加收入來源，包括通過DEX套利和貸款清算等零風險或風險較低的方式為開采出來的區塊增加價值。Archer表示自己有助于提升以太坊用戶體驗，包括降低抵押率、使各個DEX的現貨價格趨于一致、更可靠的激勵機制、減少不友好的搶先交易頻率以及通過私有渠道提交交易。[2020/11/23 21:48:13]

余數為?r(x)?

檢查?(f()-r())*'=q()*z(')

在PoS鏈的共同起步設置中，共享的數據塊會被表示為低階的多項式，KZG承諾可以用來檢查任意?隨機?分塊并驗證和確保?數據可得性，而無需獲得?兄弟數據點。這就開啟了隨機取樣的可能性。

現在，對于一個最大可能包含?2^28?個賬戶鍵的狀態，你需要至少?2^28?階的多項式來構建?扁平的?承諾。在更新和插入的時候，會有一些不便利。對任一賬戶的任意更改，都會觸發承諾的重新計算。

現場丨InfStones合伙人Rudy Lu：流動性解決方案為以太坊2.0提供了新思路，但尚未看到真正去中心化方案:金色財經現場報道，11月20日，由金色財經主辦，Blocklike，鯨交所，四塊科技，DSFS-LABS協辦的金色沙龍第57期在杭州舉辦，InfStones合伙人Rudy Lu表示門檻高、鎖倉時間長、質押風險不確定是以太坊2.0存在的問題與難點，但流動性解決方案可以提供新的思路。目前市場已經出現了拼份、提供流動性映射代幣xETH等方案，可以解決32ETH門檻高、鎖倉時間長等問題，但受制于以太坊2.0的開發進度，目前不存在真正去中心化的方案，直到以太坊2.0真正支持智能合約的時候才可能出現。當前以太坊2.0質押年化收益率20%很有吸引力，但依然會隨市場總質押量的變化而有降低的風險，而流動性解決方案可通過發行xETH讓投資者能夠在質押同時享受DeFi的收益，以這種Staking延伸的流動性代幣會構筑起新的DeFi大廈。[2020/11/20 21:29:17]

更新KZG10承諾

對任一?索引值=>數值?點的任何更改，比如更改了?indexk，都需要使用相應的拉格朗日多項式來更新承諾。復雜度約為每次更新?O(1)。

但是，因為f(x)本身也改變了，所以所有的見證?q_i()?，也即所有對第i個鍵值對的見證，也需要更新。總復雜度約為?O(N)

Bitfly：應該建議為以太坊主網使用16GB的主存:Bitfly剛剛發布推文稱，在過去的1500個epoch中，Medalla始終還沒有達到最終狀態，同時節點使用的內存比在正常網絡中的還要多。8GB內存的用戶很難保持同步。我們應該建議為以太坊主網使用16GB的RAM（主存）。[2020/10/20]

如果我們沒有維護預先計算好的?q_i()?見證，任何一條見證數據都要從頭開始計算，都需要?O(N)

一種復雜度為?sqrt(N)?的更新KZG10承諾的構造

因此，為了實現理想承諾方案的第四點，我們需要一個特殊的構造：Verkletrie。

Verkle樹

需要表示的以太坊的狀態大約有?2^28約等于16^7約等于2.5億?個鍵值對。如果我們只使用扁平的承諾；甚至于，如果沒有預先計算好的見證數據，則每條見證數據都需要花?O(N)?來重新計算。

因此，我們需要把扁平的結構換成叫做?Verkle樹?的結構，跟默克爾樹一樣是樹結構。

即，像默克爾樹一樣，構建出一棵承諾樹，這樣我們就可以保證階數?d?比較小。

每個父節點都編碼對其子節點的承諾，子節點就是一個映射，其索引值都存在其父節點內

以太坊聯合創始人：以太坊2.0將成為以太坊1.0上“最大和最復雜DeFi應用”:以太坊聯合創始人兼軟件公司ConsenSys創始人約瑟夫·魯賓（JosephLubin）在最近接受YouTube頻道BaselineProtocol采訪時表示，以太坊1.0將會永遠存在，原因是以太坊2.0只是從以太坊1.0自然過渡，以太坊1.0永遠不會消失，以太坊1.0正在演變為以太坊1.5，它將是無狀態的，并且容易被以太坊2.0吸收。以太坊2.0正在到來，現在正處于最終測試網的中間階段，不同團隊構建了許多以太坊2.0客戶端，因此需要在測試網上進行流暢操作測試。約瑟夫·魯賓還表示，以太坊2.0將成為以太坊1.0上的“最大和最復雜DeFi應用”。（Cointelegraph）[2020/9/12]

實際上，父節點的承諾編碼了哈希后的子節點，因為承諾的輸入是標準化的、32字節的值。

葉子節點編碼了對其所存儲的數據的32字節哈希值的承諾；或者直接跳轉到數據，假如其32字節的數據的用法與下一章提到的?狀態樹?提議用法一樣的話。

要提供對一個分支的證據時，一個多值證明的承諾?D、E?可以圍繞使用fiatshamirheruristic產生一個相對隨機的點t來生成。

復雜度

這里是一份對?Verkle多值證明的分析

更新/插入葉子節點?index=>value?需要更新?log_d(N)?個承諾~?log_d(N)

為生成證據，證明者需要

計算?f_i(X)/(X-z_i)?在??處的值，用于生成?D?，復雜度總計?O(dlog_dN)，但可以在更新/插入時調整以節約預計算，復雜度會變成Odlog_d(N)

計算?m?個～?O(log_d(N))?個?f_i(t)?來計算?h(t)，總計為?O(dlog_dN)

計算?π,?ρ?，需要對?m~log_dN?個指數多項式的和做除法。需要約?O(dlog_dN)?來獲得分子的求值形式，以計算除法

證明的規模加上驗證的復雜度~?O(log_d(N))

Verkle樹構建

被提議的ETH狀態Verkle樹

單一的樹結構，存儲賬戶的?header?和?代碼分塊，還有?存儲項分塊，節點的承諾為階數d=256的多項式

把地址和頭/存儲空檔結合起來推導出一個32字節的?storageKey，本質上就是元組?(address,sub_key,leaf_key)?的一種表示

所推導的鍵的前30個字節用于構建普通的verkle樹節點pivots

后2個字節是一個樹高為2的子樹，表示最多65536個32字節的分塊

對于基本的數據，這個樹高為2的子樹最多有4個葉子承諾，來覆蓋haeader和code

因為一個分塊為?65536*32?字節的分塊表示為單個的字數，所以主樹上可能有許多子樹來存儲一個賬戶

Gas?定價方案

訪問類型?(address,sub_key,leaf_key)?的事件

每一個專門的訪問事件都收取?WITNESS_CHUNK_COST

每個專門的?address,sub_key?組合都收取額外的?WITNESS_BRANCH_COST

代碼默克爾化

代碼會自動成為verkle樹的一部分

一個區塊的header和code都作為一個樹高為2的承諾樹的一部分

單個分塊最多有4條見證數據，分別收取?WITNESS_CHUNK_COST，訪問賬戶需要收取一次?WITNESS_BRANCH_COST

數據采樣和PoS協議中的分片

ETHPoS的目標之一是能夠提交約1.5MB/s的數據量。要實現這一點，許多并行的區塊提議要能發出并在給定的12秒內驗證；也就是要存在多條分片，每個分片在每個slot都要發布自己的數據塊。若有大于2/3的投票支持，信標鏈區塊將包含分片數據塊，分叉選擇規則也將根據信標鏈區塊內所有數據塊及其祖先的數據可得性確定它是否能成為主鏈區塊。

注3：此時的分片不是鏈，任何隱含的順序都要由L2協議來解釋。

KZG承諾也可以用來構建數據有效性和可得性方案，客戶端無需訪問分片提議者發布的完整數據就可以校驗其可得性。

分片數據塊是?16384?個樣本，約為512kb；還有數據頭，主要由這些樣本相應的最大16384階的多項式承諾組成

但多項式求值形式?D?卻有?2^16384?的規模，即，1,w^1,…w^,…?w^32767，而W是32768的單元根

我們可以為數據擬合出最大16384階的多項式，并擴展到32768作為糾刪碼樣本，即計算?f(w^16384)?…?f(w^32767)

對每個點的值的證明也同時計算并與樣本一起發布

32768個樣本中獲得任意16384個都可以完全恢復出f(x)以及原始的樣本，即?f(1),f(w^1),f(w^2)…?f(w^16383)

這糾刪編碼的32768個樣本分為2048個分塊，每個分塊包含16個樣本，即512字節的數據；由分片提議者水平地發布，即將第i個分塊以及相應地證據發給第i個垂直子網絡，外加全局公開完整數據的承諾

在被指定的(shard,slot)，每個驗證者都在?k~20?個垂直子網中下載和檢查這些分塊，并使用對應數據塊的承諾來驗證它們，以建立數據可得性保證

我們需要為每個(shard,slot)安排足夠多的驗證者，使得總體上一般都被獲取了；另外，還要滿足一些統計學上的要求，每個(shard,slot)約128個委員，需要有至少70個委員的見證，使得該分片數據塊能成功打包到信標鏈上，

至少需要約262144個驗證者

基準測試

如我們在?POCverklego代碼庫中看到的，以狀態樹的規模構建完一次verkle之后，插入和更新都非常快：

插入/更新的基準測試

證明生成驗證的基準測試

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