#有限域 #多项式 #FFT #数学

no-std ark-poly-zypher

基于有限域的FFT高效多项式算术库

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0.4.2 2024年5月26日

#1388加密学

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MIT/Apache

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ark-poly

这个crate实现了多项式、域(称为“域”)的FFT友好子集和这些域的FFT的特性和实现。

多项式

polynomial 模块提供了以下特性和定义多项式的系数形式

  • Polynomial:要求实现者支持多项式的常见操作,如 AddSubZero、在一点上的评估、次数等,并定义了将多项式序列化为系数表示和从系数表示反序列化的方法。
  • DenseUVPolynomial:指定 Polynomial 实际上是一个单变量多项式。
  • DenseMVPolynomial:指定 Polynomial 实际上是一个多变量多项式。

此crate还提供了以下实现这些特性的数据结构

此包还提供了univariate/DenseOrSparsePolynomial枚举,允许用户对底层数一元多项式(密集或稀疏)的类型进行抽象。

示例

use ark_poly::{
    polynomial::multivariate::{SparsePolynomial, SparseTerm, Term},
    DenseMVPolynomial, Polynomial,
};
use ark_test_curves::bls12_381::Fq;
// Create a multivariate polynomial in 3 variables, with 4 terms:
// f(x_0, x_1, x_2) = 2*x_0^3 + x_0*x_2 + x_1*x_2 + 5
let poly = SparsePolynomial::from_coefficients_vec(
    3,
    vec![
        (Fq::from(2), SparseTerm::new(vec![(0, 3)])),
        (Fq::from(1), SparseTerm::new(vec![(0, 1), (2, 1)])),
        (Fq::from(1), SparseTerm::new(vec![(1, 1), (2, 1)])),
        (Fq::from(5), SparseTerm::new(vec![])),
    ],
);
assert_eq!(poly.evaluate(&vec![Fq::from(2), Fq::from(3), Fq::from(6)]), Fq::from(51));

评估

evaluations模块提供了表示拉格朗日形式一元多项式的数据结构。

evaluations模块还提供了以下特性来定义拉格朗日形式的多项式

此包提供了一些数据结构来实现这些特性。

示例

use ark_test_curves::bls12_381::Fq;
use ark_poly::{DenseMultilinearExtension, MultilinearExtension, SparseMultilinearExtension};
use ark_poly::{
    polynomial::multivariate::{SparsePolynomial, SparseTerm, Term},
    DenseMVPolynomial, Polynomial,
};
use ark_std::One;

// Create a multivariate polynomial in 3 variables:
// f(x_0, x_1, x_2) = 2*x_0^3 + x_0*x_2 + x_1*x_2 
let f = SparsePolynomial::from_coefficients_vec(
    3,
    vec![
        (Fq::from(2), SparseTerm::new(vec![(0, 3)])),
        (Fq::from(1), SparseTerm::new(vec![(0, 1), (2, 1)])),
        (Fq::from(1), SparseTerm::new(vec![(1, 1), (2, 1)])),
        (Fq::from(0), SparseTerm::new(vec![])),
    ],
);
// g is the multilinear extension of f, defined by the evaluations of f on the Boolean hypercube:
// f(0, 0, 0) = 2*0^3 + 0*0 + 0*0 = 0
// f(1, 0, 0) = 2*1^3 + 0*0 + 0*0 = 2
// ...
// f(1, 1, 1) = 2*1^3 + 1*1 + 1*1 = 4
let g: DenseMultilinearExtension<Fq> = DenseMultilinearExtension::from_evaluations_vec(
    3, 
    vec![
        Fq::from(0),
        Fq::from(2),
        Fq::from(0),
        Fq::from(2),
        Fq::from(0),
        Fq::from(3),
        Fq::from(1),
        Fq::from(4),
    ]
);
// when evaluated at any point within the Boolean hypercube, f and g should be equal
let point_within_hypercube = &vec![Fq::from(0), Fq::from(1), Fq::from(1)];
assert_eq!(f.evaluate(&point_within_hypercube), g.evaluate(&point_within_hypercube));

// We can also define a MLE g'(x_0, x_1, x_2) by providing the list of non-zero evaluations:
let g_prime: SparseMultilinearExtension<Fq> = SparseMultilinearExtension::from_evaluations(
    3,
    &vec![
        (1, Fq::from(2)),
        (3, Fq::from(2)),
        (5, Fq::from(3)),
        (6, Fq::from(1)),
        (7, Fq::from(4)),
    ]
);
// at any random point (X0, X1, X2), g == g' with negligible probability, unless they are the same function
let random_point = &vec![Fq::from(123), Fq::from(456), Fq::from(789)];
assert_eq!(g_prime.evaluate(&random_point), g.evaluate(&random_point));

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