EMO:關于在ZKEVM中移除內存限制的一些想法-ODAILY_MEMO

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：

美SEC已收到52封關于現貨比特幣ETF的公眾意見信:金色財經報道，美SEC正在聽取關于現貨比特幣 ETF 申請的公眾意見征詢程序的不同人士的意見，迄今為止，該委員會已收到 52 封有關擬議基金的信件，其中包括板球運動員、音樂家和物理學家，其中大多數表示支持。一些人對這一過程表示懷疑。

SEC上個月啟動了一個程序，任何人都可以提出對貝萊德、富達、VanEck 和 Invesco 等資產管理公司擬議基金的想法。監管機構最初有45 天的期限來對這些提議做出裁決，不過它可以像之前針對 Ark Invest 和 21Shares 備案那樣推遲該期限。[2023/8/3 16:16:53]

?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

美聯儲主席鮑威爾：關于數字貨幣的報告已準備就緒，預計將在未來幾周公布:1月11日消息，美聯儲主席鮑威爾：關于數字貨幣的報告已準備就緒，預計將在未來幾周公布。數字貨幣報告更多的是尋求公眾的意見，而不是選擇立場。（金十）[2022/1/12 8:42:22]

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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。

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。

分析師The Moon稱YouTube刪除其關于比特幣價格的視頻:加密分析師The Moon發推向網友尋求幫助，“我現在收到YouTube的警告。他們刪除的視頻是關于比特幣價格的視頻，但視頻內容完全不存在爭議。拜托YouTube團隊了，這是你們第五次犯這樣的錯誤，請刪除針對我的警告。”[2021/1/27 13:38:41]

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。

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。

OKEx關于312極端行情造成永續合約短時間卡頓的處理方案:OKEx發布公告稱，香港時間3月12日，由于市場行情出現劇烈波動，大約18:50 ~ 19:40（HKT）期間，OKEx永續合約出現了短時間的卡頓。本著“客戶第一”的價值觀，由于平臺自身原因導致的無法交易，平臺會給予合適比例的補償。[2020/3/23]

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。

動態 | Coinbase提交關于提高加密貨幣錢包安全性的專利:據悉，Coinbase已經提交了一項專利，涉及一項旨在提高加密貨幣錢包安全性的新技術。Coinbase的專利于2018年8月14日提交給美國專利和商標局（USPTO）。這樣做的目的是確保用戶可以在不影響其安全性的情況下，從他們的比特幣錢包中直接付款。[2018/8/21]

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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