BULL:ZKSwap團隊解讀零知識證明算法之Bulletproofs：Arithmetic Circuits_PRO

Bulleproofs算法有兩個方面的應用。

一個是Rangeproof：

第一講：?理解零知識證明算法之Bulletproofs--RangeProof1

第二講：?理解零知識證明算法之Bulletproofs--RangeProof2

第三講：?理解零知識證明算法之Bulletproofs--RangeProof3

另一個是generalarithmeticcircuits，本編文章就來主要分享Bulletproofs在后者上的應用。

ArithmeticCircuits

DeFi協議Num Finance完成150萬美元融資，Ripio Venture等參投:5月24日消息，Num Finance 完成 150 萬美元融資，穩定幣開發商 Reserve、H2O Scouter Fund、Ripio Venture、VC3 DAO 和 Auth0 首席技術官 Matias Woloski 等參投。

Num Finance 表示，將在下個月內擴大其穩定幣產品，包括巴西雷亞爾、哥倫比亞比索、墨西哥比索和巴林第納爾，還將發展其現實世界資產（RWA）產品。[2023/5/24 15:21:32]

了解ZK-SNARK算法應該都知道算術環路的概念，下面一張圖展示了zk-snark算法中，算術環路的設計規則。

Bitfinex宣布上線Harmony（ONE）:12月2日消息，據Bitfinex官方公告，Bitfinex已上線高速、低成本擴容解決方案Harmony（ONE）。[2022/12/3 21:19:11]

Circuit設計規則：

1.由乘法門和加法門組成，每個門固定兩個輸入一個輸出；

2.不標記通過加法門連接乘法門的線，如圖中綠線，僅起到連接作用；

3.同一條線直接或間接連接多個乘法門，僅表示為一條有效的線，為了方便理解，用紫色虛線表示其連接關系；

4.MulGate處的取值為圖中紅色字體所示

ETH2.0質押總地址數突破43萬，創歷史新高:9月8日消息，據歐科云鏈OKLink多鏈瀏覽器數據顯示，ETH 2.0質押總地址數已突破43萬，為430,308個，達歷史新高。伴隨以太坊合并日期臨近，目前ETH2.0合約存款質押量已增加至1359.85萬枚，按當前市場價格，價值約220億美元。[2022/9/8 13:15:58]

5.黃色線條為有效連接線

6.橙色線條表示MulGate對應的一階約束

那Bulletproofs算法的算術環路的設計規則是什么樣的呢？我們看看下圖。

Circuit設計規則：

1.由乘法門和加法門組成，每個門固定兩個輸入一個輸出；

2.不標記加法門

3.不標記有常量的乘法門

4.紅色字體表示乘法門的索引

5.黃色字體表示乘法門的輸入和輸出

6.橙色線條表示乘法門對應的一階約束

7.藍色線條表示相鄰乘法門間的一致性約束

因此，一個完整有效的算數電路應該滿足：

1.每個乘法門對應的的約束成立

2.乘法門之間的一致性約束成立

Zk-snark的算術電路通過R1CS滿足了上述兩個條件。

1.每個R1CS表示一個乘法門的約束

2.相鄰乘法門的輸出是下一個乘法門的輸入，如圖中的y,sym_1,sym_2

Bulletproofs的算術環路以通過以下兩種方式滿足上述兩個條件：

1.每個乘法門對應的約束成立

2.上個乘法門的輸出等于下個乘法門的輸入。

看起來兩個算法的證明一個算術電路有效的思想是一樣，但是由于兩個電路的標注規則不同，就產生兩個不同的約束結果。

Zk-snark算法以validwires為基本要素，每個wire有左輸入，右輸入，和輸出三個屬性

Bulletproofs算法以validMulgate為基本要素，每個Mulgate有左輸入，右輸入和輸出三個屬性

最后，附上一張對比圖：

總結以上可以看出，對數算術環路的滿足性問題，不同的算法具有不同的電路描述方式。Zk-snark算法由Circuits轉化到QAP，最終生成的證據僅僅再幾十個字節大小；

Bulletproofs的算法由Circuits轉化到innerproductor，生成的證明的大小和算術電路的乘法門的個數n有關O(log(n*Q)，電路越大，證據越大。

附錄

1.Bulletproofs論文：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8418611

2.BCG+講述了算術電路的另外一種描述形式?https://eprint.iacr.org/2017/1066.pdf

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