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-specsPolygon的ZKEVM设计(bytecode-level)：PolygonzkEVMDocumentation；Sin7y的ZKEVM设计(language-level)：OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM。\n\n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：
马斯克：苹果广告抽成过高:10月27日消息，马斯克表示，苹果最新宣布的对社交媒体广告抽成30%确实有些过高。在过去的一个月里，苹果三次拒绝了Spotify的应用，称其新推出的有声读物违反了苹果关于开发者如何与客户就在线购买进行沟通的规定。
Spotify对此表示，这个过程不仅伤害了消费者，也还伤害了作者和出版商，他们完全被苹果压制。Spotify创始人丹尼尔·埃克说：如果决策者不采取行动，一切都不会改变。我也不可能是唯一一个看到这种荒谬之举的人。
随后，马斯克在Twitter上回复了埃克的帖子说：令人担忧。同时，马斯克还回复了另一个关于苹果最新宣布的对社交媒体广告抽成30%的帖子，称30%确实太高。(金十)[2022/10/27 11:47:15]
?执行合约计算逻辑
?执行内存访问
消息人士：推特准备接受马斯克每股54.20美元的出价:4月25日消息，两位知情人士今日称，Twitter即将达成协议，把公司以每股54.20美元的价格出售给特斯拉CEO埃降·马斯克(ElonMusk)。此举将把全球首富与最具影响力的社交网络服务更紧密地结合在一起。（《纽约时报》）[2022/4/25 14:48:04]
?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。
特斯拉CEO埃隆·马斯克：很高兴看到美国司法部正在调查做空者:2月24日消息，特斯拉CEO埃隆·马斯克表示，很高兴看到美国司法部正在调查做空者。（CNBC）[2022/2/24 10:11:48]
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。
伊隆·马斯克：虽然Discord使用Rust，但我更喜欢C语言:金色财经报道，伊隆·马斯克在推特上表示，虽然加密社区Discord使用的是可以更好扩展的Rust编程语言，而且他本人也是Rust粉丝，但如果要获得最佳性能，没有什么能比C语言更好了。此外，马斯克还透露特斯拉主要使用的是C++和Python语言。[2022/2/23 10:11:29]
图片来源：ethereum_evm_illustrated,page51
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)
埃隆·马斯克：传闻称某个加密货币与美元挂钩:特斯拉CEO埃隆·马斯克发布推文称：“听到一个传闻，就是某个加密货币与美元挂钩。”[2021/2/21 17:35:29]
?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)\n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。\n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。\n\n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
ethereum_evm_illustrated,page51
关于我们
Sin7y成立于2021年，由顶尖的区块链开发者组成。我们既是项目孵化器也是区块链技术研究团队，探索EVM、Layer2、跨链、隐私计算、自主支付解决方案等最重要和最前沿的技术。
微信公众号：Sin7Y
GitHub|Twitter|Telegram|Medium|Mirror|HackMD|HackerNoon
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。