TIN:Sin7y團隊解讀：深入理解 TinyRAM_ORL

TinyRAM是由大名鼎鼎的BCTGTV五人組(EliBen-Sasson,AlessandroChiesa,DanielGenkin,EranTromer,MadarsVirza)和SCIPR實驗室提出的一種隨機訪問器架構，旨在成為表達非確定性計算證明性的便捷工具。具體來說，TinyRAM是一種精簡指令集計算機(RISC)，具有字節級可尋址的隨機存取存儲器。它在“擁有足夠表達能力”和“足夠簡約”這兩個對立面之間取得平衡：

?當從高級編程語言編譯時，有足夠的表達能力來支持簡短高效的匯編代碼，以及

?小指令集，指令通過運算電路簡單驗證，利用SCIPR的算法和密碼機制實現高效驗證。

架構

TinyRAM由兩個整數參數化：字長W，需要是2的冪且可以被8整除(這點和現代計算機一樣，如32，64)，以及寄存器的數量K。一般用TinyRAM(W,K)來表示，機器的狀態包括以下內容：

1.程序計數器pc(programcounter)，由W個bit組成。

2.K個通用寄存器，以r0,r1,...,r(K-1)表示，每個寄存器都是W個bit。

3.條件標志flag，由一個bit組成。

4.內存，2^W個字節的線性數組，使用小端約定排列字節。

5.2個磁帶(tape)，每個包含一串Wbit的字。每個磁帶都是單向只讀的。其中，一個磁帶是用于公開輸入x，另一個用于私有輸入w。其實就是TinyRAM的輸入載體。

在推出測試版后的一周內，World ID注冊量增加2倍:金色財經報道，據Worldcoin官方博客，在Worldcoin推出測試版后的一周內，每周全球WorldID驗證量增加了100%以上，這表明需求急劇增加。

Worldcoin指出，值得注意的是，WorldID驗證率在2023年已經翻了一番。并解釋道，從1月到7月，WorldID注冊量在不到一半的時間內從100萬增加到200萬。上周每周WorldID注冊量增長了2倍，這表明全球對WorldID作為獨立產品的需求持續增長。

此外，與WorldID驗證數量增加的同時，WorldApp每周活躍用戶數量增加了三倍，每周帳戶創建數量增加了十倍多。[2023/8/7 21:28:50]

TinyRAM機的輸入是2個磁帶以及內存，輸出是answer指令，該指令有一個參數A，代表返回值，A=0表示接受。也可以使用該指令終止執行程序。

TinyRAM根據執行指令的位置不同有兩種變體：一種變體遵循哈佛架構，另一種遵循馮諾依曼架構。前一種架構的數據和程序存放在不同的地址空間中，且程序是只讀的；后一種架構數據和程序存放在同一個可讀寫的地址空間中。具體用圖表的方式來表示這兩者的區別：

瑞典央行發布關于CBDC第三階段試驗的報告:金色財經報道，瑞典央行發布了一份關于中央銀行數字貨幣 ( CBDC ) 第三階段試驗的報告，其中涉及使用分布式賬本技術 ( DLT ) 的技術測試。試驗的一個關鍵部分是關于支付提供商和銀行等中介機構應在多大程度上自由開發基于 CBDC 的解決方案。此外，測試涉及可編程支付和已經披露的跨境支付試驗。[2023/4/13 14:01:44]

以下兩個架構的圖示：

在開始更詳細的TinyRAM設計細節之前，我們以官方白皮書的例子說明，TinyRAM是如何做到既簡潔又全面，能夠滿足非確定性的計算問題的。

意義

Alice擁有x，Bob擁有w。Alice想知道算法A(x,w)的計算結果的正確性，但是不想自己計算。這樣的場景，在零知識證明系統中非常常見，有證明者和驗證者，驗證者想知道證明者提供的證據的正確性，但不必自己重新計算一次。TinyRAM架構就滿足這樣的場景，兩個磁帶可以傳入私有輸入w和公開輸入x，證明計算和驗證程序在其中執行。SCIPR實驗室實現的libsnark庫中，已實現了TinyRAM。具體參見：https://github.com/scipr-lab/libsnark.

美國SEC在2022-2026財年戰略計劃中批露涉及加密資產的舉措:11月30日消息，美國證券交易委員會（SEC）上周公布2022-2026財年的戰略計劃，其中批露一些涉及加密資產的舉措。SEC表示，加密資產快速增長也代表著一種風險，監管機構要為此類風險做好準備，SEC必須在需要時尋求美國國會的新授權，繼續與其他監管機構有效合作，并更積極地參與數字化計劃。

美國SEC強調，必須繼續加強其在股票以外的產品市場（包括加密資產、衍生品和固定收益）方面的專業知識，并投入更多資源，保持敏捷靈活的方法來迅速應對市場變化。（Bitcoin.com）[2022/11/30 21:12:07]

以CircuitGenerator為例，C程序經過編譯器之后，編譯成TinyRAM的程序，再經過CircuitGenerator之后，生成電路，最后得到zkSNARK電路。

指令

TinyRAM支持29個指令，每條指令都通過1個操作碼和最多3個操作數指定。操作數可以是寄存器名稱或者立即數。除非另有說明，否則每條指令都不會修改flag，且將pc增加i，對于哈佛架構來說，i=1，對于馮諾依曼架構來說，i=2W/8。通常，第一個操作數是指令執行計算的目標寄存器，其他操作指定指令的參數。最后，所有指令都需要機器的一個周期來執行。

巴西加密公司2TM宣布第二輪裁員15%:金色財經報道，巴西估值最大的加密貨幣交易所Mercado Bitcoin的控股公司2TM周四宣布裁員15%，即約100名員工。這是今年夏天2TM的第二輪裁員，6月份裁員80多人。2TM表示：“競爭環境仍然惡化和不公平，缺乏加密活動法律框架的批準，因為遵守法律的玩家會受到無視當地規則的公司的懲罰”。

Mercado Bitcoin于2021年7月在B輪融資中籌集了2億美元，當時對2TM的估值為21億美元。拉丁美洲其他與加密貨幣相關的公司最近宣布裁員，包括加密貨幣交易所Bitso以及總部位于阿根廷的交易所Buenbit，后者最近裁員45%。[2022/9/2 13:03:59]

指令包含幾種類型，指令名稱和intelx86匯編指令類似，可顧名思義。

●?位操作指令：

?and

?or

?xor

?not

●?整數操作指令：

?add

?sub

?mull

?umulh

?smulh

?udiv

?umod

●?shift操作指令：

?shl

?shr

軟銀第一財季創紀錄虧損234億美元，因投資組合價值縮水:8月8日消息，軟銀集團發布截至6月30日的2022財年第一財季財報。其中歸屬于軟銀母公司股東的凈虧損為3.1627萬億日元（約合233.88億美元），上年同期則實現凈利潤7615.09億日元。繼前一季度創下2.2萬億日元的虧損紀錄之后，愿景基金在截至6月末的三個月里又虧損了2.33萬億日元。軟銀此次嚴重虧損的主要原因為投資損失。隨著股市大跌，軟銀旗下投資組合的股份價值嚴重縮水。（新浪財經）[2022/8/8 12:09:29]

●?比較操作指令

?cmpe

?cmpa

?cmpae

?cmpg

?cmpge

●?move操作指令

?mov

?cmov

●?jump操作指令

?jmp

?cjmp

?cnjmp

●?內存操作指令

?store.b

?load.b

?store.w

?load.w

●?輸入操作指令：

?read

●?輸出操作指令:

?answer

匯編語言

TinyRAM的程序是由TinyRAM匯編語言編寫的，這個語言受Intelx86匯編語言語法啟發。程序是包含多行TinyRAM匯編代碼的文本文件。程序按照哈佛架構還是馮諾依曼架構的不同，第一行包含的字符串也不同：

??哈佛架構

“;TinyRAMV=2.000M=hvW=WK=K”

??馮諾依曼架構

“;TinyRAMV=2.000M=vnW=WK=K”

其中，W是十進制表示的字長，K是十進制表示的寄存器數量。程序文件中，其他每一行依次包含的內容需要滿足：

1.可選的空格。

2.可選的label，用于定義為引用其后的第一條指令。

3.可選的指令，由指令助記符，以及后面的操作數。

4.可選的空格。

5.可選的以分號;開始的注釋，到該行尾結束。

一個程序中，最多可以有2^W個指令。一個label只能定義一次，有點像高級語言中的變量。

示例代碼(https://github.com/scipr-lab/libsnark/blob/master/tinyram_examples/answer0/answer0.s)

為了滿足計算的需要，提高電路可滿足性的效率，TinyRAM增加了前導語。如果一個TinyRAM的程序以前導語的方式啟動，則說明該程序是個合適的程序。

上述的前導語：

??對于哈佛架構來說，I(i)=1*i，并且inc=1

??對于馮諾依曼架構來說，I(i)=2W/8*i，并且inc=W/8

前面的示例代碼，也遵循這樣的前導語寫法。

兩種架構的性能對比

TinyRAM的兩種架構，其設計區別在前面的“架構”部分介紹了，此處對比兩種架構的性能。

第一個圖表展示兩種架構產生的門數量。

l是指令數量，n是輸入大小，T是執行步數。

可以看出，前者的門數量和指令數量呈線性增加。后者改善很大，指令越多，改善的越大。

第二個圖表展示兩種架構在不同字長的曲線下，生成Keygenerator/prover/verifier的時間及proof大小。

可以看出，在80bit時，馮諾依曼架構相較于哈佛架構有較大提升，在128bit時，也有少許提升。

由上述表格數據可以看出，馮諾依曼架構的效率更高，這也是為什么馮依諾曼架構TinyRAM是后來在哈佛架構TinyRAM的基礎上提出的。

總結

我們講了TinyRAM的架構，設計，匯編指令等，介紹了它的優勢：可以用來便捷的進行非確定性計算。尤其在零知識證明系統中，有更多的發揮空間。最后介紹了兩種TinyRAM架構的性能對比，在生成的門數量和時間以及proof大小上，馮諾依曼架構都更勝一籌。

引用

http://www.scipr-lab.org/doc/TinyRAM-spec-2.000.pdf

https://www.cs.tau.ac.il/~tromer/slides/csnark-usenix13rump.pdf

http://eprint.iacr.org/2014/59

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來源：金色財經

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