TinyRam指令集和电路约束-ODAILY_RAM:move币怎么停了

简介

Tinyram是一个简单的RISC随机存取机器,具有字节寻址的random-accessmemory和inputtapes。TinyRAM有两个变体:一个遵循哈佛架构,一个遵循冯诺依曼架构(本文我们主要讨论冯诺依曼架构)。

简明计算完整性和隐私研究项目构建了证明TinyRAM程序正确执行的机制,而TinyRAM的设计是为了在这种情况下提高效率。它在“拥有足够表达能力”和“足够简约”这两个对立面之间取得平衡:

?当从高级编程语?编译时,有足够的表达能力来支持简短高效的汇编代码。

?小指令集,指令通过运算电路简单验证,利用SCIPR的算法和密码机制实现高效验证。

本文对于tinyram不再进行重复介绍,会对上一篇文章进行补充,然后重点是指令介绍和电路约束介绍。tinyram基础介绍可以参考我们团队上一篇文章:TinyRam介绍

Tinyram指令集

Tinyram总共有29个指令,每条指令都由一个操作码和最多三个操作数组成。一个操作数可以是一个寄存器的名称。除非特别说明,否则指令不会单独修改flag。每条指令默认将pc增加i(i%2^W),对于vnTinyram来说i=2W/8。

一般来说,第一个操作数是指令计算的目标寄存器,其他的操作数指定指令需要的参数,最后,所有指令都需要机器的一个周期来执行。

位操作

整数操作

这些是各种无符号和有符号的整数操作。在每种情况下,如果发生算术溢出或错误,flag被设置为1,否则被设置为0。

shift操作

?shl指令shlrirjA将左移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最高有效位。

?shr指令shrrirjA将右移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最低有效位。

Justin Sun:网传“套现”不实,与USDC Circle往来仅是内部资金整理与调配:10月21日消息,Justin Sun 针对近日“转移 23.6 亿 USDC 到 Circle 套现”的传闻发表回应表示:网传套现不实,与 USDC Circle 往来仅是内部资金整理与调配,转入转出有大量重复计算,随着业务发展越来越好,相关的资金整理与调配会增加,对于行业发展来说是好事。[2022/10/21 16:34:27]

比较操作

比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器;比较的结果存储在flag中。

move操作

?mov指令movriA将存储到ri寄存器中。

?cmov指令cmovriA如果flag=1,将存储到ri寄存器中。否则ri寄存器的值不会改变。

Jump操作

这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和flag但是会修改pc。

?jmp指令jmpA将存储到pc中。

?cjmp指令cjmpA在flag=1的条件下将存储到pc中,否则pc自增1。

?cnjmp指令cnjmpA在flag=0的条件下将存储到pc中,否则pc自增1。

Memory操作

这些是简单的memoryload和store操作,其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。

输入操作

该指令是唯一一个访问两个tapes中的任意一个的指令。第0个tape用于primary输入,第1个tape用户auxiliary输入。

输出操作

派盾:Justin Sun地址再次从Aave撤回5000万枚USDT并转至Poloniex相关地址:10月17日消息,据派盾监测显示,链上标记为“Justin Sun”的钱包地址再次从Aave V2撤回5000万枚USDT并转至Poloniex相关地址。截至今日该地址已从Aave V2撤回超1亿枚USDT。[2022/10/17 17:29:31]

该指令表示程序已经完成了计算,因此不能再允许其他操作。

指令集约束

Tinyram采用R1CS约束形式进行电路约束,具体形式如下:

一个R1CS约束,可以有a,b,c三个linear_combination表示,一个R1CS系统中的所有变量的赋值,可以分为两个部分:primaryinput和auxilaryinput。Primary就是我们经常说的“statement”。auxiliary就是“witness”。

一个R1CS约束系统包含多个R1CS约束。每个约束的向量长度是固定的。

Tinyram在libsnark的代码实现中大量使用了一些定制gadgtes来表述vm的约束以及opcode执行和memory的约束。具体代码在gadgetslib1/gadgets/cpu_checkers/tinyram文件夹下。

位操作约束

?and约束公式:

and的R1CS约束将参数1和参数2以及计算结果逐bit位进行乘法计算验证,约束步骤如下:

1.计算过程约束,代码如下:

声音 | Weiss Ratings:Facebook的加密尝试实际上只是Paypal 2.0:加密货币评级机构Weiss Ratings发推表示,纽约时报记者Nathaniel Popper报道称Facebook正在为其加密货币、稳定币寻求10亿美元资金。有人认为这看起来像是一种分散化的尝试,但实际上这只是Paypal 2.0。[2019/4/10]

2.结果编码约束

3.计算结果非全0约束

4.flag约束

?or约束公式:

具体约束步骤如下:

1.计算过程约束,代码如下:

2.结果编码约束

3.计算结果非全0约束

4.flag约束

?xor约束公式:

具体约束步骤如下:

1.计算过程约束,代码如下:

步骤2,3,4同上

?not约束公式:

Austin用区块链技术帮助无家可归的人:Austin正在试行一个新的区块链平台来解决有关无家可归者的身份问题。这个城市是由布隆伯格慈善基金会赞助的35个城市之一,作为市长挑战项目的一部分。来自35个城市的第一名将获得来自Bloomberg Philanthropies的500万美元的奖励。身份识别是保障无家可归者获得住房、潜在就业和医疗等关键服务的关键性因素。据TechCrunch报道,Austin相信区块链可以帮助解决这些难题。区块链技术可以为无家可归的人创造独特的在线标识,让他们重新建立自己的历史记录,帮助他们摆脱贫困。[2018/4/18]

具体约束步骤如下:

步骤2,3,4同上

整数操作约束

?add:约束公式:

具体约束步骤如下:

1.计算过程约束,代码如下:

2.解码结果约束和boolean约束

3.编码结果约束

?sub:约束公式:sub约束比add稍微复杂一些,采用了一个中间变量表示a-b的结果,同时为了保证结果计算表示为正整数和符号的形式,给结果加上了2^w。具体约束步骤如下:

1.计算过程约束

2.解码结果约束和boolean约束

3.符号位约束

?mull、umulh、smulh约束公式:

国际清算银行(BIS)总裁Agustin Carstens:要防止数字货币成为现行金融体系“寄生虫”:BIS总裁Agustin Carstens今日发表讲话称,各国有“很强的理由”对数字货币进行干预,这是因为它们和现有金融体系存在直接联系,监管当局有责任保护投资者和消费者。Carstens认为,各国央行应当和财政、税务以及金融市场监管等部门联合行动,维护“数字前线”的秩序,保证支付体系运行正常,同时维护实体货币的真正价值。他还提到,比特币是“泡沫、庞氏局和环境灾难的组合体”,要防止数字货币成为现行金融基础设施的“寄生虫”。[2018/2/6]

mull相关的约束都涉及以下几个步骤

1.计算乘法约束

2.计算结果编码约束

3.计算结果flag约束

?udiv、umod约束公式:

B为除数,q商,r为余数。余数与需要满足不能超过除数的条件。具体约束代码如下:

shift操作约束

?shl、shr约束公式

比较操作

比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器;比较的结果存储在flag中。比较指令包含cmpe、cmpa、cmpae、cmpg、cmpge。比较指令可以分为两类,分别为有符号数的比较和无符号数比较,两者约束过程核心都利用了libsnark中实现的comparison_gadget。

其他剩余过程跟有符号数比较约束相同

move操作约束

?mov约束公式:

mov的约束比较简单,只需要确保将存储到ri寄存器中,由于mov操作没有修改flag,所以约束需要确保flag的值没有产生变化。约束代码如下:

?cmov约束公式:

cmov的约束条件比mov复杂一些,主要mov的行为跟flag值的变化有关系,同时cmov不会修改flag,所以约束需要确保flag的值没有变化,cmov的代码如下:

Jump操作约束

这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和flag但是会修改pc。

?jmp

Jmp操作约束pc值与指令执行结果一致,具体约束代码如下:

?cjmp

cjmp根据flag条件进行跳转,flag=1进行跳转,否则pc自增1

约束公式如下:

约束代码如下:

?cnjmp

cnjmp根据flag条件进行跳转,flag=0进行跳转,否则pc自增1

约束公式如下:

约束代码如下:

Memory操作约束

这些是简单的memoryload和store操作,其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。

?store.b和store.w

对于store.w取整个arg1val的值,对于store.b操作码只会取arg1val的必要部分,约束代码如下:

?load.b和load.w

这两个指令我们要求从内存中加载的内容被存储在instruction_results中,约束代码如下:

输入操作约束

?read

read操作跟tape有关,具体的约束规则是:

1.上一个tape中的内容被读完,没有内容可读,不会读取下一个tape。

2.上一个tape中的内容被读完,没有内容可读,flag被设置为1

3.如果当前执行的指令是read,那么read读取到的内容和tape输入内容一致

4.从tape1以外的地方读取内容,flag被设置为1

5.result为不为0,意味着flag为0

约束代码:

输出操作约束

该指令表示程序已经完成了计算,因此不能再允许其他操作

?answer

当程序的输出值被接受,has_accepted会被设置为1,程序返回值能够被正常接受意味着当前的指令为answner以及arg2value为0。

约束代码如下:

其他

当然除了上述提到的一些指令相关的约束外,tinyram还有一些pc一致性、参数编解码、内存检查等各种约束。这些约束通过R1CS系统组合起来构成一个完成的tinyram约束系统。所以这也是R1CS形式的tinyram生成约束数量较多的根本原因。

这里引用一个tinyram介绍ppt的图片,展示一个ERC20transfer用tinyram生成证明需要的时间消耗。

从上图的例子可以得出结论:使用vnTinyram+zk-SNARKs验证所有EVM操作是不可能的,只适合验证少量的指令的计算验证,可以使用vnTinyram验证EVM的部分计算类型的opcode。

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