KEX:Sin7y团队解读：关于在 ZKEVM 中移除内存限制的一些想法_okex交易所美国能使用吗

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。

欧易OKEx将于今日18:30开放THETA充提:据官方公告，欧易OKEx已完成THETA主网升级，将于2021年6月11日18:30 开放THETA的充提。[2021/6/11 23:31:00]

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。

图片来源：ethereum_evm_illustrated,page51

欧易OKEx旗下Block Dream Fund正式更名为OKEx Blockdream Ventures:4月13日，欧易OKEx旗下区块链基金Block Dream Fund宣布品牌升级，正式更名为OKEx Blockdream Ventures。与此同时，欧易OKEx官网即将上线OKEx Blockdream Ventures版块，便于全球区块链创业团队了解和联系该基金。

OKEx Blockdream Ventures自成立以来已投资和扶持全球数十个区块链项目，其中部分项目已上线欧易OKEx及其他主流交易平台。未来，OKEx Blockdream Ventures将致力于发现和投资最前沿的产品技术创新类区块链项目，推动全球区块链产业底层技术的进步。[2021/4/13 20:12:46]

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)

欧易OKEx交易大数据：BTC合约多空持仓人数比1.32，合约持仓总量为28.11亿美元:截至3月25日10:30，根据欧易OKEx交易大数据，BTC合约多空持仓人数比为1.32，市场做多人数占高；季度合约基差在2500美元上方，永续合约资金费率为负，交割及永续合约持仓总量为28.22亿美元，总体多军占优；BTC交割及永续合约精英持仓方面，做多账户比为58%，精英账户多头持仓29.92%，精英账户多头占优，继续关注大户持仓变化。从期权合约数据来看，看涨/看跌主动买入量比为2.80，看涨/看跌主动卖出量比为0.84，主动看涨看跌买入量占据优势。[2021/3/25 19:16:37]

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)。

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

??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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