总体布局

本段介绍结构体PublicCircuitConfig的列及其含义。

单功能列 Single-purpose columns

下面是public子电路中的单功能的列:

    /// various public information tag, e.g. BlockNumber, TxFrom
    tag: Column<Instance>,
     /// tx_id (start from 1), except for tag=BlockHash, means recent block number diff (1...256)
    tx_idx_or_number_diff: Column<Instance>,

• tag 指该行数据的类别, 其具体类型为:

    pub enum Tag {
        #[default]
        ChainId
        BlockCoinbase,
        BlockTimestamp,
        BlockNumber,
        BlockDifficulty,
        BlockGasLimit,
        BlockBaseFee,
        BlockHash,
        TxStatus,
        // combine From and Value together to reduce number of lookups
        TxFromValue,
        // combine To and CallDataLength together to reduce number of lookups
        TxToCallDataSize,
        TxIsCreate,
        TxGasLimit,
        TxGasPrice,
        TxCalldata, //TODO make sure this equals copy tag PublicCalldata
        TxLog,
        TxLogSize,
        CodeSize,
    }

• tx_idx_or_number_diff 指交易id；当该行数据为BlockHash的时候指的是最近的block number

多功能列 Versatile columns

为了减少列的使用,缩减电路规模,设计了多功能的列。在不同的行数据类别下,这些列存放不同的数据。目前设计有4个多功能列,代码里呈现为:

values: [Column<Instance>; NUM_VALUES],

表设计

区块公共数据存放

tag为ChainId时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
ChainId	0	chain_id[..16]	chain_id[16..]	0	0

tag为BlockCoinbase时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockCoinbase	0	coinbase[..4]	coinbase[4..]	0	0

tag为BlockTimeStamp时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockTimestamp	0	BlockTimestamp[..16]	BlockTimestamp[16..]	0	0

tag为BlockNumber时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockNumber	0	0	BlockNumber	0	0

tag为BlockDifficulty时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockDifficulty	0	BlockDifficulty[..16]	BlockDifficulty[16..]	0	0

tag为BlockGasLimit时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockGasLimit	0	BlockGasLimit[..16]	BlockGasLimit[16..]	0	0

tag为BlockBaseFee时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockBaseFee	0	BlockBaseFee[..16]	BlockBaseFee[16..]	0	0

tag为BlockHash的时候,遍历最近的history_hash,每行存放数据值如下,其中index代表在history_hash中的次序(也是当前区块number-此区块number的差值),hash为该次序对应的hash值:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
BlockHash	index	hash[..16]	hash[16..]	0	0

区块交易相关数据存放

对区块中的每一笔交易遍历存放如下数据类型,其中tx_idx为该交易在区块中的交易列表中的序号(从1开始)

tag为TxFromValue时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxFromValue	tx_idx	from[..4]	from[4..]	value[..16]	value[16..]

tag为TxToCallDataSize时,该行数据值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxToCallDataSize	tx_idx	to_hi	to_lo	0	tx.input.len

tag为TxIsCreate时,该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxIsCreate	tx_idx	0	1/0(创建合约为1,普通合约调用为0)	0	0

tag为TxGasLimit时,该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxGasLimit	tx_idx	gas[..16]	gas[16..]	0	0

tag为TxGasPrice时,该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxGasPrice	tx_idx	gas_price[..16]	gas_price[16..]	0	0

将合约的输入数据按byte遍历, 每个byte存放进TxCalldata的数据行,其中idx为该byte在合约的输入数据中的次序,byte为该次序对应的byte数据,该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxCalldata	tx_idx	idx	byte	0	0

区块log数据存放

区块中每笔交易可以产生多条log,遍历区块中每笔交易的每个log,其中topic_num为该log中topics的数目(不超过4)；tx_idx为该log所属的transaction_index；log_index为该log的log_index；address为该log所属的地址；如果topic_num为0的话,log_tag为AddrWith0Topic；如果topic_num为1/2/3/4的话,log_tag为AddrWith1/2/3/4Topic。

tag为TxLog,该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxLog	tx_idx	log_index	log_tag	address[..4]	address[4..]

tag为TxLog的时候,根据topic的数目,依次存放topic1/2/3/4的数据,其中topic_hash为该topic对应的hash,topic_log_tag为Topic1/2/3/4,每行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxLog	tx_idx	log_index	topic_log_tag	topic_hash[..16]	topic_hash[16..]

tag为TxLog时候,记录了log的data长度(data_len),该行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxLog	tx_idx	log_index	log_tag=DataSize	0	data_len

将log中的数据按照byte便利,每个byte存放一行,其中data_idx为该byte在数据块中的次序,其中LogTag::Data为该数据类型,每行数值为:

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
TxLog	tx_idx	log_index	LogTag::Data	byte	data_idx

合约公共数据存放

tag为CodeSize时,该行数据值为:

code_size hi的值应该为0，因为EVM的硬性要求（code size均不超过约4万）

tag	tx_idx_or_number_diff	value[0]	values[1]	values[2]	values[3]
CodeSize	0	code_addr hi	code_addr lo	code_size hi	code_size lo

2024年5月更新

上述所有列都变为 Column<Advice> 。

问题1

如何输入公开数据到zk电路里？

解决方法：将上述所有列所有行进行哈希。将哈希值作为 Column<Instance>，仅需1列。2行，存hash_hi,lo。

问题2

上述有6列，怎么做哈希？

解决方法：假设6列的值都是u8，那将6列按列连接起来成为一个u8的数组进行哈希。我们的KeccakTable是用输入的RLC进行lookup的。注意到，连接起来的数组的RLC（CONCAT_RLC）有如下等式

CONCAT_RLC = R^5 RLC[0] + R^4 RLC[1] + R^3 RLC[2] + R^2 RLC[3] + R^1 RLC[4] + RLC[5]

其中RLC[]是六列分别的RLC。R是用于RLC的随机数r的length次方。length是整个Public table的有效数据在u8表示下的长度。

因此步骤是：

1. 将原来table的数值转化成u8（见下段）
2. 建一列cnt，从0开始数。建一列length，所有值都是最终的length。
3. 求得6列的RLC（需要新一列记录rlc累加值）
4. 求得随机数r的length次方（需要新一列记录次方的累计值）
5. 求CONCAT_RLC
6. 使用length，CONCAT_RLC向KeccakTable进行lookup，得到hash的hi，lo（在新建的一个或两个Column<Advice>中，新建的两个列，可以每行都是hash的hi，lo）. lookup条件cnt==length-1
7. 使用equal约束，Column<Advice>中的hash和Column<Instance>中的hash相等。

问题3

怎么将原来table的数值转化成u8？

解决方法：上述的value都是在U128范围内的，因此，原来table的一个数值可以变为16个u8数值。那么原来table的一列就要新建一列，原来的一列中的一行的value，在新列中要占用16行。

再新建一列ring_16，以15,14...1,0这样循环。在ring_16==0时，对新列中16行和原来列的1行的value进行约束，证明16个u8拼成了一个value。

这样，原来table的两行之间，要插入15行的填充行，填充行没有任何意义。lookup也要加上ring_16，且lookup时ring_16=0。

我们原来table有6列，因此需要进行6次这样的操作。