ENT:Sin7y团队解读:关于在 ZKEVM 中移除内存限制的一些想法

ZKEVM是一个具有可编程性,以ZK技术为基础的虚拟机,它可以为虚拟机执行的所有操作生成一个零知识证明,用来证明虚拟机执行操作的正确性。有关ZKEVM的几种实现方案介绍及优劣对比,可以参考V神的文章:ThedifferenttypesofZK-EVMs;如果你想了解更多的设计细节,你也可以阅读PSE的ZKEVM方案(native-level):privacy-scaling-explorations/zkevm-specs?Polygon的ZKEVM设计(bytecode-level):?PolygonzkEVMDocumentation;Sin7y的ZKEVM设计(language-level):OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM。

无论是哪种方案,都需要用zk去约束VM的所有的行为,这些行为包括:

?执行合约计算逻辑

??执行内存访问

??执行哈希计算

??执行世界状态更新

??...

众所周知,zk在计算压缩领域,具有极大的应用的前景;无论原始的计算多么复杂,其验证过程都十分高效,这是所有zk算法的基本技能。因此,对于VM执行过程中的计算部分,zk可以很好的发挥作用;而在VM执行的过程中,除了计算本身外,还存在一些内存访问操作,我们需要把一些数据提前放在内存里,然后在执行计算的时候取出来。

Protocol Labs宣布与a16z crypto达成合作伙伴关系:6月9日消息,Filecoin 开发团队 Protocol Labs 宣布与 a16z crypto 达成合作伙伴关系,将为 2023 Crypto Startup School加速器计划给予支持,Crypto Startup School 参与者可以访问 Protocol Labs Founders 社区、Filecoin 存储、以及星际文件系统 (IPFS)、Filecoin 协议、libp2p 和 Filecoin 虚拟机 (FVM),并且提供所需的知识、网络和资本。[2023/6/9 21:26:31]

而由于大部分的VM都是读写内存,因此不得不约束这些内存访问操作的正确性;对于内存访问的约束本身并不复杂,但是由于内存访问的次数很高,所以导致多项式的阶数很高,使得内存相关的约束证明耗时比较可观。

在ZK(E)VM的方案中,我们更应该把zk主要应用在对于计算本身的证明,对于EVM的其他行为,我们可以在VM层面去优化,以减少zk约束的规模。

Memory的设计

以EVM为例,EVM的内存是一块很简单的字节数组,可以存储32字节或者1字节的数据,也可以读取32字节的数据。

FTX Ventures在流动性问题之前进行的投资包括Yuga Labs、Circle和SkyBridge:金色财经报道,加密数据分析公司Cryptorank的数据显示,FTX Ventures投资的知名公司包括Bored Ape Yacht Club的开发商Yuga Labs、USDC稳定币发行商Circle、Layer 1区块链Near Protocol和Sui、加密贷款机构BlockFi以及Aptos区块链的两轮不同融资。FTX Ventures的确切投资数量尚不清楚。

报道称,FTX还与四面楚歌的BlockFi关系密切,FTX美国分公司向这家陷入困境的银行提供了4亿美元的信贷额度,FTX获得了以2.4亿美元收购BlockFi的选择权。FTX Ventures曾于9月份同意以未公开的金额收购SkyBridge Capital 30%的股份,SkyBridge将利用FTX投资的部分资金部署4000万美元的加密投资以保持其资产负债表。Tiger Global对冲基金曾于去年10月份参投FTX 4.2亿美元B-1轮融资,尽管全球股市上涨,该基金上个月仍下跌5.4% 。软银愿景基金曾于今年1月份参投了FTX 4亿美元融资,该基金此前披露今年前六个月亏损500亿美元。(CoinDesk)[2022/11/9 12:37:38]

元宇宙数字人头像技术公司Didimo完成715万美元A轮融资,Armilar Venture Partners领投:10月11日消息,元宇宙数字人头像技术公司Didimo宣布完成715万美元A轮融资,本轮融资由Armilar Venture Partners领投,Bright Pixel Capital、Portugal Ventures和Techstars参投。Didimo云平台可以将创建3D头像所需的时间从几天缩短到仅60秒,其合作伙伴包括日本电子巨头索尼和元宇宙公司CEEK V。[2022/10/11 10:31:18]

图片来源:ethereum_evm_illustrated,page51

在EVM中,和Memory相关的指令有:

???MLOAD(x):从地址x处加载32字节的数据到调用栈(stack)

???MSTORE(x,y):从地址x开始,写入32字节的y

???MSTORE8(x,y):从地址x开始,写入8字节的y(低位开始)

有兴趣的读者可以在EVMPlayground上感受下,上述内存操作带来的内存和栈的变化。

报告:全球加密货币持有者超过3.2亿名,美国、印度排名前二:8月27日消息,Triple A报告显示,目前全球已拥有3.2亿加密货币持有者,其中排名前五的国家分别是美国(4602万,人口占比13.74%)、印度(2741万,人口占比2.00%)、巴基斯坦(2645万,人口占比11.50%)、尼日利亚(2233万,人口占比10.34%)和越南(2021万,人口占比20.27%)。中国(包含内地和香港地区)排名第六,用户量略高于2000万。

此外,加密用户中72%的人年龄在34岁以下,71%的人拥有学士或更高学历,平均年收入达到2.5万美元。[2022/8/27 12:52:12]

Memory的约束

在OlaVM的5.3.5节,你可以看到关于Memory约束的设计原则(OlaVM内存相关的指令和EVM类似)。

江苏一法院判决比特币“矿机”租赁合同无效:6月1日消息,近日,江苏省连云港市经济技术开发区人民法院审理了一起比特币“矿机”租赁合同纠纷案件。法院判决相关合同无效,驳回原告要求返还租金和比特币收益的诉讼请求。

法院审理认为,非法债务不受法律保护。该案所涉交易实为通过专用“矿机”计算生产虚拟货币的“挖矿”活动。此类“挖矿”活动对电力资源造成浪费大,不符合我国“双碳”目标要求,有损社会公共利益。并且比特币等虚拟货币不是法定货币,无实际的价值支撑,其生产、交易环节衍生诸多风险。

此前3月份消息,北京朝阳法院曾公开开庭审理并宣判了一起因比特币“挖矿”迟迟未见收益而引发的服务合同纠纷,法院一审认定合同无效,判决驳回原告要求支付巨额比特币收益的诉讼请求。(现代快报)[2022/6/1 3:55:24]

在OlaVM中,RAM的所有操作组成一个独立的table,table里的内容由memory和storage两种类型组成。在这里,我们只关注对于memory的约束。

内存的操作类型大体可以分为三类:

??Init操作

??write操作

??read操作

触发Init的场景有三种,分别是ctx的变换,type的变化,addr的变化;当任何一个场景触发时,需要约束,操作类型为w(write),v(value)为0。

当上述三种场景没有触发时,则需要根据当前的操作类型来约束;

??如果是w(write)操作,需要约束clk是递增的,写入的值v是对的。

??如果是r(read)操作,需要约束clk是递增的,读取的值和上次写入的值是相同的。

一些可能性的提升

??对于Init操作,需要约束一个内存地址的初始化的值为0么?

我认为没有必要对初始化的操作进行约束;实际上,对于任何地址,你可以约束它的第一次访问必须是write操作,而不是read操作;而如果是write-once内存模型,这个限制将天然存在,因此,如果虚拟机的内存模型改为write-once模型,将减少对内存的访问约束。

??对于read操作,能否避免对应的约束,即避免校验读取的值和上次写入的值一致?

由于VM本身定义的memory类型的读写内存,无法保证,VM在读取这个内存地址的值之前,这个地址的值没有被修改,因此需要增加一个相等性校验,如下图所示:

由此可以看出,产生这个约束的核心原因,内存模型是读写内存,地址的值存在被改写的可能,因此,如果尝试使用只读内存,那么就不需要在memory的约束去实现上述的一致性约束。

注意:这可能会增加虚拟机的实现难度,因为这是一个不常用的内存模型;并且,我们应该不会首先在这个虚拟机上面去定义一个高级DSL,因为这个语言对Dapp开发者会有些不友好,需要在编译器层面去消除,使得这些不友好,对开发者不可见。

所以,如果采用上述内存模型,内存模块的约束,将只剩下针对write操作的约束,即使用copyconstraints来保证写入的值是对的即可。无须约束:

??读取的值等于写入的值,因为内存只能被写一次

??读的clk大于写的clk,因为只能先写再读

??内存的初始化值为0

参考

1.ThedifferenttypesofZK-EVMs:

https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

2.privacy-scaling-explorations/zkevm-specs:

https://github.com/privacy-scaling-explorations/zkevm-specs

3.PolygonzkEVMDocumentation:

https://docs.hermez.io/zkEVM/Overview/Overview/

4.OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM:

https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf

5.EVM:

https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf

6.ethereum_evm_illustrated,page51:

https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum_evm_illustrated.pdf

7.EVMPlayground:

https://www.evm.codes/playground

8.OlaVM:

https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf

关于我们

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来源:金色财经

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