5-QAP问题转换

接下来我们需要考虑如何采用计算机来存储和验证。我们引入QAP的概念,并且我们可以P(x)转换为QAP问题。QAP(Quadratic Arithmetic Programs)翻译是二次算术程序。

QAP是一种非常适合于计算机进行表达和运算的形式。一个QAP问题包含一系列的算数表达式,这些算数表达式都是具有最多两个输入和一个输出的形式。例如

扁平化展开

以为例,求的解。我们将P(x)按照QAP展开,得到:

这样我们就把一个多项式问题拍扁成了4个算数表达式,并且引入了一些中间变量。上面这4个表达式,我们称为4个约束条件。我们需要留意的是,这四个约束条件,也可以被理解为4个门电路。

R1CS转换

我们可以建立4组向量来表达上面的4个约束。是满足的解。考虑到上述的4个表达式包含的参数信息,我们令

第一个约束(第一个门电路)

根据第一个约束我们建立第一组向量,转换为。那么这第一组向量,如何能够满足呢?这里大部分文章都没有讲清楚。我们在这里细讲一下。

由于s向量是已知的,我们列出以下表格。

* - = 0
1 ? 1 ? 1 ?
x ? x ? x ?
out ? out ? out ?
sym1 ? sym1 ? sym1 ?
sym2 ? sym2 ? sym2 ?
sym3 ? sym3 ? sym3 ?

那我们直接:

令的第2个分量为1,其他分量为0;

令的第2个分量为1,其他分量为0;

令的第4个分量为1,其他分量为0;

也就是:

* - = 0
1 0 1 0 1 0
x 1 x 1 x 0
out 0 out 0 out 0
sym1 0 sym1 0 sym1 1
sym2 0 sym2 0 sym2 0
sym3 0 sym3 0 sym3 0

那么这个方程的计算结果刚好就是,也就意味着这样的和解向量是满足第一个约束(门电路)。其中:

= [0, 1, 0, 0, 0, 0]
= [0, 1, 0, 0, 0, 0]
= [0, 0, 0, 1, 0, 0]

第二个约束(第二个门电路)

= [0, 0, 0, 1, 0, 0]
= [0, 1, 0, 0, 0, 0]
= [0, 0, 0, 0, 1, 0]

第三个约束(第三个门电路)

= [0, 1, 0, 0, 1, 0]
= [1, 0, 0, 0, 0, 0]
= [0, 0, 0, 0, 0, 1]

第四个约束(第四个门电路)

= [5, 0, 0, 0, 0, 1]
= [1, 0, 0, 0, 0, 0]
= [0, 0, 1, 0, 0, 0]

汇总

\vec a = \left\{ \begin{matrix} \vec a_1 \\ \vec a_2 \\ \vec a_3 \\ \vec a_4 \end{matrix} \right\} = \left\{ \begin{matrix} 0, 1, 0, 0, 0, 0 \\ 0, 0, 0, 1, 0, 0 \\ 0, 1, 0, 0, 1, 0 \\ 5, 0, 0, 0, 0, 1 \end{matrix} \right\}

\vec b = \left\{ \begin{matrix} \vec b_1 \\ \vec b_2 \\ \vec b_3 \\ \vec b_4 \end{matrix} \right\} = \left\{ \begin{matrix} 0, 1, 0, 0, 0, 0 \\ 0, 1, 0, 0, 0, 0 \\ 1, 0, 0, 0, 0, 0 \\ 1, 0, 0, 0, 0, 0 \end{matrix} \right\}

\vec c = \left\{ \begin{matrix} \vec c_1 \\ \vec c_2 \\ \vec c_3 \\ \vec c_4 \end{matrix} \right\} = \left\{ \begin{matrix} 0, 0, 0, 1, 0, 0 \\ 0, 0, 0, 0, 1, 0 \\ 0, 0, 0, 0, 0, 1 \\ 0, 0, 1, 0, 0, 0 \end{matrix} \right\}

令,则当时,都满足

也就是说这个函数必然通过点,我们不妨设,那么必然能够多项式整除,设商为,那么也就是

到此为止,只需要Bob向Alice提供证据证明存在整除即可。在这里我们进行了换元操作,把替换成了,我们确保的形式不变,那么就需要把向量组进行适当形式的变化。

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