EMO:關于在ZKEVM中移除內存限制的一些想法-ODAILY_LemoChain

ZKEVM是一個具有可編程性，以ZK技術為基礎的虛擬機，它可以為虛擬機執行的所有操作生成一個零知識證明，用來證明虛擬機執行操作的正確性。有關ZKEVM的幾種實現方案介紹及優劣對比，可以參考V神的文章：ThedifferenttypesofZK-EVMs；如果你想了解更多的設計細節，你也可以閱讀PSE的ZKEVM方案(native-level)：privacy-scaling-explorations/zkevm-specsPolygon的ZKEVM設計(bytecode-level)：PolygonzkEVMDocumentation；Sin7y的ZKEVM設計(language-level)：OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM。\n\n無論是哪種方案，都需要用zk去約束VM的所有的行為，這些行為包括：

南非發布關于加密資產的潛在監管文件:南非政府間金融科技工作組（IFWG）今天通過加密資產監管工作組（CARWG）發布了一份關于加密資產立場的文件。該文件證實，將以分階段、結構化的方式將加密資產納入南非監管范圍。根據新聞稿，IFWG的CAR-WG關于加密資產的立場文件提出了25條建議，內容涉及如何通過分階段和結構化的方法將加密資產納入南非監管范圍，涉及三個主要領域。[2021/6/11 23:30:42]

?執行合約計算邏輯

?執行內存訪問

?執行哈希計算

?執行世界狀態更新

?...

眾所周知，zk在計算壓縮領域，具有極大的應用的前景；無論原始的計算多么復雜，其驗證過程都十分高效，這是所有zk算法的基本技能。因此，對于VM執行過程中的計算部分，zk可以很好的發揮作用；而在VM執行的過程中，除了計算本身外，還存在一些內存訪問操作，我們需要把一些數據提前放在內存里，然后在執行計算的時候取出來。

動態 | 歐盟委員會正在收集關于建立加密資產監管框架的意見:歐盟委員會(European Commission)正在收集來自歐盟公民、企業、監管機構和其他利益相關方的反饋，以便在歐洲層面上建立加密資產和市場的監管框架。從去年12月開始的公眾諮詢將持續至2020年3月19日，最終定稿預計將于第三季度確定。（bitcoin.com）[2020/2/11]

而由于大部分的VM都是讀寫內存，因此不得不約束這些內存訪問操作的正確性；對于內存訪問的約束本身并不復雜，但是由于內存訪問的次數很高，所以導致多項式的階數很高，使得內存相關的約束證明耗時比較可觀。

在ZK(E)VM的方案中，我們更應該把zk主要應用在對于計算本身的證明，對于EVM的其他行為，我們可以在VM層面去優化，以減少zk約束的規模。

動態 | 重慶市發布關于防范假借區塊鏈名義非法集資的風險提示:近日，重慶市互聯網金融風險專項整治工作領導小組辦公室、重慶市打擊非法活動領導小組辦公室聯合發出風險提示， 近期，“虛擬貨幣”炒作有抬頭的跡象，一些不法分子借機炒作區塊鏈概念，以所謂“虛擬貨幣”“區塊鏈商城”“區塊鏈游戲”等名義非法吸收公眾資金，侵害公眾權益。希望廣大投資者提高風險意識，對非法金融活動保持警惕，及時舉報相關違法犯罪線索，謹防上當受騙。（重慶商報）[2019/12/25]

Memory的設計

以EVM為例，EVM的內存是一塊很簡單的字節數組，可以存儲32字節或者1字節的數據，也可以讀取32字節的數據。

火幣全球專業站關于恢復NAS提幣業務的公告:火幣全球專業站現已恢復NAS提幣業務。目前不支持提幣到合約地址，當您在地址欄里填寫了合約地址進行提幣操作時，會提示無效地址。暫停期間造成的不便，敬請諒解。[2018/5/24]

圖片來源：ethereum_evm_illustrated,page51

在EVM中，和Memory相關的指令有：

?MLOAD(x):從地址x處加載32字節的數據到調用棧(stack)

?MSTORE(x,y):從地址x開始，寫入32字節的y

?MSTORE8(x,y):從地址x開始，寫入8字節的y(低位開始)\n有興趣的讀者可以在EVMPlayground上感受下，上述內存操作帶來的內存和棧的變化。

火幣全球專業站發布關于4月3日17:00-18:00暫停提幣審核的公告:因火幣全球專業站系統維護，將在新加坡時間4月3日17:00起暫停提幣審核，預計1小時內恢復，如系統維護提前完成，火幣將會在第一時間恢復提幣審核。[2018/4/3]

Memory的約束

在OlaVM的5.3.5節，你可以看到關于Memory約束的設計原則(OlaVM內存相關的指令和EVM類似)。

在OlaVM中，RAM的所有操作組成一個獨立的table，table里的內容由memory和storage兩種類型組成。在這里，我們只關注對于memory的約束。\n內存的操作類型大體可以分為三類：

?Init操作

?write操作

?read操作

觸發Init的場景有三種，分別是ctx的變換，type的變化，addr的變化；當任何一個場景觸發時，需要約束，操作類型為w(write)，v(value)為0。

當上述三種場景沒有觸發時，則需要根據當前的操作類型來約束；

?如果是w(write)操作，需要約束clk是遞增的，寫入的值v是對的。

?如果是r(read)操作，需要約束clk是遞增的，讀取的值和上次寫入的值是相同的。

一些可能性提升

?對于Init操作，需要約束一個內存地址的初始化的值為0么？

我認為沒有必要對初始化的操作進行約束；實際上，對于任何地址，你可以約束它的第一次訪問必須是write操作，而不是read操作；而如果是write-once內存模型，這個限制將天然存在，因此，如果虛擬機的內存模型改為write-once模型，將減少對內存的訪問約束。

?對于read操作，能否避免對應的約束，即避免校驗讀取的值和上次寫入的值一致？

由于VM本身定義的memory類型的讀寫內存，無法保證，VM在讀取這個內存地址的值之前，這個地址的值沒有被修改，因此需要增加一個相等性校驗，如下圖所示：

由此可以看出，產生這個約束的核心原因，內存模型是讀寫內存，地址的值存在被改寫的可能，因此，如果嘗試使用只讀內存，那么就不需要在memory的約束去實現上述的一致性約束。

注意：這可能會增加虛擬機的實現難度，因為這是一個不常用的內存模型；并且，我們應該不會首先在這個虛擬機上面去定義一個高級DSL，因為這個語言對Dapp開發者會有些不友好，需要在編譯器層面去消除，使得這些不友好，對開發者不可見。\n\n所以，如果采用上述內存模型，內存模塊的約束，將只剩下針對write操作的約束，即使用copyconstraints來保證寫入的值是對的即可。無須約束：

?讀取的值等于寫入的值，因為內存只能被寫一次

?讀的clk大于寫的clk，因為只能先寫再讀

?內存的初始化值為0

參考

ethereum_evm_illustrated,page51

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