Miden证明系统架构
miden是一个基于strark技术的zkvm实现方案。它的底层是基于winterfell这个zkp库来生成stark证明和对证明进行验证。下图1中虚线部分是Miden实现的主要功能。可以看出，主要有三个组件构成。
1.一套词法语法编译器,下图1中的lexicalanalyzer和syntaxparser。它们可以将miden定义的汇编指令编程成codeblock和block中包含的opcode和opvalue。
2.一套指令的执行器，下图1中的executor。它负责按照定义的规则执行codeblock和block中包含的opcode及opvalue。执行结果为用于生成证明的executiontrace。
3.一套符合stark证明要求的AIR(代数中间表示)，下图1中的AIR。用来对miden的虚拟机执行过程进行约束。
AIR结构设计图
AIR的约束分为stack和decoder两部分：
图2为stack的约束，初始化时分配了最上边深度为8的stack。在执行时根据程序需要，可能会超出初始化分配的深度，那么max_depth会根据需要递增。但是不能超过最大深度16。否则报错。
安全团队：Midas Capital攻击者将400枚BNB存入Tornado Cash:6月18日消息，据CertiK Alert监测，Midas Capital攻击者将盗取资金存入Tornado Cash，共有400枚BNB被存入该平台，其他一些收益被桥接至以太坊。
今日早些时候消息，据派盾检测，Midas Capital遭到黑客攻击，造成损失超过60万美元，原因是其借贷协议中的整数取舍问题（源自知名的Compound Finance v2代码库的分叉）遭到利用，同样的情况在之前Hundred Finance被攻击的事件中也被利用过。[2023/6/18 21:44:55]
图3为decoder的约束。其中的op_counter,op_sponge,cf_op_bits,ld_op_bits,hd_op_bits是固定列长度的。其中的op_sponge用于执行指令的顺序和正确性的约束。cf_op_bits约束3bit的flow_ops。ld_op_bits,hd_op_bits分别约束了user_ops的低5bits和高2bits。ld_op_bits和hd_op_bits组合构成一条执行的user_op,还用来作为stack每step状态约束的selector。
MidenVM执行过程实例
本节将展示一个简单的miden逻辑来说明vm的执行过程和stark的executiontrace的生成。
美国钨企Midwest Tungsten Service周五将在OpenSea上拍卖钨立方体NFT:10月22日消息，美国钨企Midwest Tungsten Service正在拍卖一个与该公司有史以来最大的钨立方体相连的NFT。这个钨立方体长约14英寸，重约1784磅。OpenSea的竞标将于周五开始，根据OpenSea的介绍，该NFT授予其持有者每年一次的超密度立方体访问权。（Coindesk）[2021/10/22 20:49:38]
下边代码段1是要执行的代码段：
它执行的逻辑是将3和5压栈。之后从tape读取flag。判断flag是1还是0。如果是1则运行if.true分支将压栈的两个数3和5取出，相加得到8并重新压入栈。如果是0则运行else分支将压栈的两个数3和5取出相乘得到15，再将15重新压入栈。
代码段通过miden的词法和语法分析器解析后的最终指令代码如下代码段2:
下边图4是vm运行代码段2的过程，中间是executor执行opcode的流程图，左边虚线指向的是代码执行产生的decodertrace，右边点划线指向的是代码执行产生的stacktrace。
其中executor是按照codeblock来一块一块执行。在本例子里，首先执行了一个spanblock。之后在第32步时执行if-else-end结构进入了swtichblock块，并将之前的spanblock的最后一步执行生成的spongehash压入ctx_stack，并在swtichblock块执行完之后，在第49步弹出到sponge里。
韩国交易所Komid两名管理者因涉嫌欺诈和挪用2500万美元被判监禁:韩国最高法院维持了在前两次审判中对加密交易所Komid两名管理者的判决。当地媒体Kakao周四报道称，这两人被指控在Komid平台上组织欺诈活动，挪用了约2500万美元。该交易所的首席执行官Choi Mo将被判处三年监禁，而涉案的第二名负责人Park Mo将被判处两年监禁。后者负责该交易所的财务运营。
2019年1月20日消息，Komid的两名高管因涉嫌在平台上进行欺诈性交易而被捕，该公司的首席执行官Choi被判3年徒刑，而另一名领导Park被判处2年徒刑。根据检察官报告，两名被告利用“机器人”在其平台上伪造了500万笔交易以投资者。（Decrypt）[2020/8/28]
Note：本文档描述针对miden工程的main分支最新版本。目前miden的next分支对于指令进行了大量重新设计，AIR也只实现了很少一部分的约束。
stack约束条件
本节将展示主要的User操作指令的约束条件。其中的old_stack_x指的是指令执行前的stack的x位置存储的value。new_stack_x指的是指令执行后的stack的x位置存储的value。-->是将栈左边位置的value拷贝到右边位置。==是等式约束。stack的约束相对比较简单，就不多做解释了。
条件指令
动态 | 韩加密货币交易所Komid两名领导者因进行欺诈性交易被判入狱:据Blockinpress消息，韩国加密货币交易所Komid的两名领导者因涉嫌在平台上进行欺诈性交易而被捕，该公司的首席执行官Choi被判3年徒刑，而另一名领导Park被判处2年徒刑。根据检察官报告，两名被告利用“机器人”在其平台上制造了500万笔交易以投资者。[2019/1/20]
Choose
Constrain:
如果condition为1，x在堆栈顶部，condition为0，y在堆栈顶部
算术指令
add
Constrain:
mul
Constrain:
inv
Constrain:
Schmidt's Naturals：可用比特币支付个人护理产品:据cnbc消息，本周一，联合利华旗下的个人护理用品公司Schmidt's Naturals开始接受比特币在线支付。该公司首席全球战略官Michael Cammarata表示，在一个加密货币的时代，该公司正在向消费者提供他们想要的东西。现在，顾客可以在公司的网站上购买各种各样的天然产品，包括除臭剂、牙膏和肥皂等，都可以用比特币结账。Cammarata认为，就目前而言，比特币是唯一被接受的加密货币。但如果有需求，加密货币的业务也会随之扩展。[2018/5/16]
neg
Constrain:
bool指令
not
Constrain:
and
Constrain:
or
Constrain:
hash指令
RESCR
满足hash函数协议的限制函数hash
占用6registers
Constrain:
比较指令
eq
Constrain:
cmp
根据比较的两个数的bit长度循环比较。比如
A:
B:
需要比较4次
Constrain:
堆栈操作指令
dup.n
Constrain:
swap
Constrain:
ROLL4
Constrain:
decoder的约束条件
本节将展示主要的Flow操作指令的约束条件。
用户代码执行
op_bits
对于cf_op_bits，ld_op_bits，hd_op_bits的约束。
约束1:每bit只能为0或者1。
约束2:当op_counter不为0时，ld_ops和hd_ops不能同时为0。
约束3:当cf_op_bits为hacc时。op_counter状态会加1。
约束4:BEGIN,LOOP,BREAK,andWRAP指令需要16对齐
约束5:TENDandFEND指令需要16对齐
约束6:PUSH指令需要8对齐
hacc
hacc作为flowOps，每次执行该指令都会引起sponge的状态改变，需要进行约束
条件判断
t_end
作为if的true分支结束的约束，分为两部分：
约束1:sponge状态的约束，弹出栈顶的值等于new_sponge_0。if的true分支的最后一步执行后的sponge等于new_sponge_1。new_sponge_3等于0。
约束2:ctx_stack的约束。弹出栈顶的值等于new_sponge_0。栈内其他元素都往栈顶移动一个位置。
约束3:loop_stack的约束。loop_stack的状态不变。
f_end
作为if的false分支结束的约束，分为两部分：
约束1:sponge状态的约束，弹出栈顶的值等于new_sponge_0。if的true分支的最后一步执行后的sponge等于new_sponge_2。new_sponge_3等于0。
约束2:ctx_stack的约束。弹出栈顶的值等于new_sponge_0。栈内其他元素都往栈顶移动一个位置。
约束3:loop_stack的约束。loop_stack的状态不变。
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