向量承诺的实现方法

KZG(配对/常数大小证明,需可信设置)

  - ethereum/c-kzg-4844 (C): 以太坊 EIP-4844 标准实现,生产可用;提供官方 Go/Rust/Python 绑定,适合需要高性能验证的场景。

  - ethereum/go-kzg-4844 (Go): 基于 c-kzg 的 Go 封装,和以太坊客户端生态兼容。

  - ConsenSys/gnark-crypto (Go): 包含 kzg 实现(BLS12-381/BN254),与 gnark 证明系统紧密集成。

  - arkworks-rs/ark-poly-commit (Rust): 通用多项式承诺库,包含 KZG10,实现规范、接口友好,支持多曲线。

  - zcash/halo2 (Rust): halo2_proofs::poly::kzg,bn256 上的 KZG PCS,广泛用于生产级电路。

  - AztecProtocol/barretenberg (C++): 含高性能 KZG(与其证明系统配套),工程优化成熟。

  IPA/内积型(可无可信设置,证明更大;也常用作“Pedersen 向量承诺+内积证明”)

  - dalek-cryptography/bulletproofs (Rust): Pedersen 向量承诺 + 内积证明,成熟稳定,适合无可信设置需求。

  - arkworks-rs/ark-poly-commit::ipa_pc (Rust): 泛型 IPA 多项式承诺,可用于向量承诺/单坐标打开。

  - zcash/halo2 (Rust): halo2_proofs::poly::ipa,Pasta 曲线上的 IPA PCS(无配对)。

  - AztecProtocol/barretenberg (C++): GIPA/IPA 实现,与其 Ultra/Plonk 体系联动。

  - o1-labs/proof-systems (Rust): kimchi/poly-commitment,Mina/Kimchi 使用的 IPA/PCS 组件。

  Merkle 型(无可信设置,证明 O(log n),实现简单、支持动态更新)

  - rs-merkle (Rust): 轻量 Merkle 树库,易用,适合固定序向量承诺与开证明。

  - filecoin-project/merkle_light (Rust): Filecoin 生态的高性能实现,工程实践丰富。

  - aptos-labs/aptos-core: crates/jellyfish-merkle (Rust): 稀疏 Merkle(向量/字典)承诺,生产可用。

  - google/trillian (Go): 工业级可验证日志/Merkle 基建,可作为通用 Merkle 承诺后端。

  Verkle(基于向量承诺的高分支 Trie,证明短,适合状态树)

  - gballet/rust-verkle (Rust): 以太坊研究实现,节点承诺基于 IPA。

  - gballet/go-verkle (Go): Go 版 Verkle Trie,便于与 Go 生态集成。

  选型建议

  - 追求常数大小证明/高验证吞吐:选 KZG(接受可信设置/SRS)。

  - 不希望可信设置或不用配对曲线:选 IPA/内积方案(证明更大、验更慢)。

  - 简单稳健、动态更新频繁:选 Merkle。

  - 做状态树/大扇出结构:选 Verkle(本质上是“向量承诺 + Trie”)。


KZG 是 Kate–Zaverucha–Goldberg 多项式承诺方案(KZG10),出自论文 “Constant-Size Commitments to Polynomials and Their Applications”(2010,ASIACRYPT)。

KZG 性能

  - 结论:验证非常快且与向量大小无关;证明生成也快,但随 n 近似 O(n log n)。

  - 复杂度:commit = 1 次大 MSM(O(n));open = 多项式除法/FFT+MSM(O(n log n));verify = 常数对数的配对检查(通常 2 次 pairing)。

  - 典型数值(BLS12-381,优化库如 blst/c-kzg,桌面 CPU):单次验证约 0.8–2 ms;n≈4096 时提交(commit)约 1–5 ms、单点开证明约 1–6 ms;批量验证 64 个证明经随机线性组合后约 10–30 ms(视库/硬件浮动较大)。BN254 通常再快 20–40%。

  - 对比:相较 IPA(无可信设置但验证 ~O(log n) MSM)和 Merkle(证明 O(log n)、验证需多次哈希),KZG 在“单次/批量验证速度”和“证明大小(~48B)”上通常更优。

  - 适用:高吞吐验证(链上/轻客户端)、批量多点打开;不适用:无法接受可信设置或设备上配对非常慢的场景(如较弱移动端)。

  - 优化要点:使用高度优化的配对库(blst)、批量验证(随机线性组合)、复用 FFT、多线程/MSM/FFT 并行,以及必要时 GPU 加速。

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