SIN: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。

前FTX高管Nishad Singh计划对刑事指控认罪:金色财经报道,FTX前工程总监Nishad Singh正在与检察官敲定一项协议,计划对刑事指控认罪。目前协议尚未最终敲定。他将是SBF核心圈子中第三位认罪并与检察官合作的成员,前两名成员分别是FTX联合创始人Gary Wang和Alameda Research前首席执行官Caroline Ellison。SBF对包括欺诈在内的一系列刑事指控拒不认罪,目前正在等待10月份的审判。如果所有罪名成立,他可能被判处100年以上监禁。FTX于去年11月申请破产,其估值曾高达320亿美元。据估计,该公司拥有900万名客户,欠前50名债权人的金额可能高达31亿美元。[2023/2/18 12:14:31]

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。

SINSO已获得DCI Capital的投资:据官方消息,SINSO已获得欧洲投资机构DCI Capital的投资,DCI 将基于自身优势,在全球营销、战略布局层面给予SINSO支持。DCI全称Dutch Crypto Investors,成立于2017 年,是总部位于欧洲的一家老牌风险投资公司,累计投资过RANGERS、Solanium等30余个行业项目和初创企业。[2021/12/15 7:41:09]

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。

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)

Bithumb交易所终止授予Bithumb Global和Bithumb Singapore的商标许可协议:根据官方公告,韩国Bithumb交易所决定终止授予Bithumb Global和Bithumb Singapore商标许可协议。7月30日合同到期后,这些平台将不再被允许使用 Bithumb 的名称。据报道,这样做是为了遵守监管要求,避免将来与调查有任何联系。此外,7月初有报道称,Bithumb将从8月13日起停止接受海外交易者的注册请求。(ambcrypto)[2021/7/18 1:00:19]

???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)。

动态 | 币安正式在新加坡推出Binance Singapore交易所:7月10日,Binance宣布与Vertex Ventures合作正式推出Binance Singapore。经过两个月的运营,Binance Singapore的用户基数每周增长约20%,并且每日交易量也在大幅增加。赵长鹏表示,新加坡政府对加密货币有深入的了解,对金融创新持开放态度,坚信新加坡将引领下一个金融业即将发生的革命。(forbes)[2019/7/10]

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。

BitPay首席商业官Sonny Singh表示交易量并未受波动影响,并不担心比特币的未来:BitPay首席商业官Sonny Singh昨天在接受彭博采访时表示,有关比特币的交易并未受到比特币近期动态的影响。他说:BitPay 12月的交易量破了纪录,过去几周来我们的交易量也保持了之前的水平,没有看到多少下降。Singh在科技咨询公司拥有超过15年的经验,他并不担心比特币的未来。[2018/1/20]

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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