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。

Context旗下NFT铸造聚合器mint.fun通行证铸造即将结束:5月15日消息,OpenAI首席执行官Sam Altman领投的Web3钱包追踪应用Context推出的NFT铸造聚合器mint.fun通行证铸造将于北京时间5月16日2:00时结束。此前报道,去年4月,Context宣布完成1950万美元种子轮融资,Variant Fund和Sam Altman领投,Dragonfly Capital等参投。[2023/5/15 15:03:31]

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。

Binance NFT市场将支持比特币NFT协议Ordinals:5月9日消息,Binance宣布其NFT市场将于5月下旬支持比特币NFT协议Ordinals。另据官方声明表示,Binance客户将能够买卖Ordinals,而无需使用“单独的比特币钱包”。Binance NFT正在积极寻求与专注于比特币Ordinals的相关NFT项目合作,以进一步加强社区和生态系统。[2023/5/9 14:52:02]

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。

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)。

BitMEX联创:如果美国CPI数据达到7%或8%,加密货币可能将再次走低:11月10日消息,BitMEX联合创始人Arthur Hayes在推特上表示,如果加密行业中最富有的人赵长鹏不能做这笔交易(收购FTX),没有人可以做这笔交易。 FTX客户的存款只能在破产法庭上恢复,这需要很多年才能解决。之前破产的Mt Gox债权人仍未收到资金,而且已经快十年了。Hayes向行业呼吁:“不是你的私钥,也不是你的代币。期望所有交易所严密保护客户资金。不再从所谓的加密主要经纪人那里获得信用。不再有礼貌地打电话给大型交易者要求追加保证金。没有怜悯清算。”

Hayes还表示:“在外汇交易中损失资金的基金管理公司最初将退出交易,并减少其运营的交易场所数量。订单的流动性将下降。把市场推到更低的水平,迫使其他杠杆率过高的参与者陷入困境,并不需要多少努力。记住,许多流动性提供者会在一旁观望,舔舐伤口。如果美国CPI数据“火热”,达到7%或8%,加密货币可能将再次走低。”[2022/11/10 12:42:25]

美股三大指数集体收跌,标普500指数跌0.28%:金色财经消息,行情显示,美股三大指数集体收跌,标普500指数跌0.28%,纳指跌0.18%,道指跌0.14%。[2022/8/2 2:52:21]

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

CME 比特币期货持仓未平仓总量自 12,242 张上升至 13,537 张:据 KingData 数据监控,CFTC 6 月 15 日至 6 月 21 日 CME 比特币期货持仓周报显示:

未平仓总量自 12,242 张上升至 13,537 张。

机构多头头寸 8,182 张,空头头寸 10,189 张,多空持仓比例 1:1.2,机构多空力量均衡,整体偏向看空;

大户多头头寸 2,391 张,空头头寸 333 张,多空持仓比例 7.2:1,大户显著偏向看涨;

散户多头头寸 1,048 张,空头头寸 1,099 张,多空持仓比例 1:1,散户多空力量均衡,略微偏向看空。[2022/6/27 1:33:55]

??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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