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。
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。
派盾：跨链货币市场解决方案Midas Capital被攻击并损失65万美元，已暂停借贷功能:1月16日消息，据派盾检测，由于与Curve流动性池交互时的只读重入问题（read-only-reentrancy），跨链货币市场解决方案Midas Capital在稳定币协议Jarvis的Polygon流动性池被攻击利用，已损失65万美元，目前Midas Capital已暂停Jarvis Polygon池的借贷，目前正在调查涉及最近添加的抵押代币的可疑交易。[2023/1/16 11:13:58]
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。
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:
前谷歌CEO Eric Schmidt：比特币技术是加密领域的一项重大成就:金色财经报道，2014年在计算机历史博物馆演讲时，前谷歌CEO Eric Schmidt称赞比特币技术是加密领域的一项重大成就。Schmidt指出，比特币的技术很重要，但对该资产作为货币的用途表示怀疑。比特币的技术设置可以在未来为更多企业提供动力。
比特币是一项了不起的密码学成就，创造数字世界中不可复制的东西的能力具有巨大的价值比特币架构，从字面上看，拥有这些不可复制的账本的能力，是一个惊人的进步。很多人将在此基础上建立业务。
此外，Schmidt分享了目前对Web3的兴趣。 Schmidt称，一个新的互联网模式，你作为个人可以控制你的身份，而且你没有一个集中的管理者，是非常强大的。它非常有诱惑力，而且非常分散。（finbold）[2022/8/8 12:10:05]
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。
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
a16z普通合伙人Chris Dixon登顶《福布斯》2022年全球最佳风险投资家“Midas List”榜首:4月13日消息，Andreessen Horowitz（a16z）普通合伙人Chris Dixon荣登《福布斯》（Forbes）2022年全球最佳风险投资家“Midas List”榜首。据福布斯4月12日报道，Dixon将3.5亿美元的加密基金I（Crypto Fund I）在2021年转化为60亿美元的已实现和未实现收益。据“了解该基金财务状况的消息人士”称，这相当于17.7倍的惊人收益。
相比之下，整个加密货币市场市值仅从2021年1月1日的7800亿美元增长到同年12月底的2.3万亿美元，增幅为200%。（Cointelegraph）[2022/4/13 14:21:39]
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
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:
土耳其投资应用程序 Midas 融资 1100 万美元:金色财经报道， 土耳其零售投资初创公司Midas今天宣布已筹集 1100 万美元的股权融资。筹款仅在其成立 8 个月后举行，由 Spark Capital 和 Earlybird Digital East Fund 牵头，Nigel Morris 和 Revo Capital 也参与其中。Midas 于 2021 年 4 月推出了一个庞大的候补名单，现已在该平台上交易超过 1 亿美元。在推出不到一年的时间里，Midas 现在在伊斯坦布尔拥有一支由 70 人组成的团队。这些资金将用于推出加密货币产品，为银行和新银行的投资产品建设基础设施，以及扩大用户群。（finextra）[2022/2/8 9:36:49]
mul
Constrain:
inv
Constrain:
neg
Constrain:
bool指令
not
Moritz Schmidt：希望BTC在未来被取缔:据livebitcoinnews消息，德国软件开发者莫里茨·施密特（Moritz Schmidt）最近表示，当他了解到比特币在能源环境方面的破坏性时，使他充满了恐惧和担忧。尽管他从比特币上赚了很多，但他现在越来越不在乎比特币，并认为，实际上，将需要禁止比特币。Moritz Schmidt说，我一直在等待合适的机会捐款。之前消息，他曾向倡导环保的德国绿党捐款约120万美元。[2021/5/2 21:17:19]
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。
关于我们
Sin7y成立于2021年，由顶尖的区块链开发者组成。我们既是项目孵化器也是区块链技术研究团队，探索EVM、Layer2、跨链、隐私计算、自主支付解决方案等最重要和最前沿的技术。
微信公众号：Sin7Y
GitHub|Twitter|Telegram|Medium|Mirror|HackMD|HackerNoon
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。