詳解OlaVM-ODAILY_PRO

TL;DR

1.我們正在努力構建第一個基于PE-VM的ZKVM，通過ZK-friendly的設計和ZK算法的改進，使它具備更高的吞吐率；其技術特點如下：

a.證明快：

i.ZK-friendly:獲得更小的電路規模，以及精簡的底層約束單元；

ii.更快的ZK實現:對plonky2的進一步優化改進；

b.執行快：

采用并行執行的VM。

2.我們已經做的工作：

a.2022年7月份，發布了OlaVM的白皮書；

b.2022年11月份，完成指令集的設計和開發，并初步實現了OlaVM的虛擬機執行模塊，你可以打開鏈接：https://github.com/Sin7Y/olavm去查看我們的代碼，持續更新中！！！

c.針對目前執行效率最快的ZK算法，我們完成plonky2的電路設計及算法研究，你可以打開鏈接：https://github.com/Sin7Y/plonky2/tree/main/plonky2/designs去了解plonky2更多的設計，下一步我們將對其進行優化改進，請持續關注。。。

數據：Linea主網已跨入超1萬枚ETH:7月24日消息，據Dune數據信息顯示，Linea主網已跨入10,921枚ETH，交易筆數達64,604筆，交互地址數達58,344。

此前報道，7月18日，由ConsenSys推出的以太坊Layer2解決方案Linea宣布向整個社區開放對Linea主網Alpha版本的訪問。[2023/7/24 15:54:37]

我們正在做什么？

OlaVM是首個把并行執行的VM引入的二層的ZKVM，融合兩種方案的技術點，獲得更快的執行速度和更快的證明速度，從而在未來實現更高的系統吞吐率。

在現在的以太坊系統中，造成吞吐率慢的原因主要有兩個：

1.共識的過程：每個節點重復執行交易進行交易的有效性校驗；

2.交易的執行：交易的執行是單線程的。

為了解決問題第1點，且需要同時具備可編程性，許多項目進行了ZK(E)VM的研究，即交易在鏈下完成，鏈上只驗證狀態，但是想要真正提高系統吞吐率，則需要盡可能快的生成證明；為了解決問題第2點，Aptos,Solona,Sui等新公鏈引入了可以并行執行的VM來提高系統的吞吐率。

Swan Bitcoin總經理：從SVB垮臺以來家族辦公室對比特幣的興趣增加:金色財經報道，Swan Bitcoin董事總經理Steven Lubka稱，自硅谷銀行(SVB)垮臺以來，富有的投資者和私人辦公室一直傾向于比特幣。Lubka表示，他的公司還觀察到“企業參與資產多元化”，并強調這些投資者“希望擁有一種不屬于”陷入困境的金融體系的資產。一直有一部分家族辦公室客戶使用過我們平臺，但自從SVB垮臺以來，這種客戶數量大幅增加。這些人持有大量比特幣頭寸。這些投資者有濃厚的興趣，“他們想了解更多”。[2023/6/2 11:54:28]

盡管在現階段，對于ZK(E)VM來講，影響整個系統吞吐率瓶頸在于證明的生成；但是當采用Parallelprove去加快整個系統吞吐率時，區塊生成的越快，則對應的證明生成開始的時間就越早。

如何獲取高吞吐率？

盡可能快的證明生成(目前最高優先級)

想要加速證明的生成，其大體可以分為兩個部分：盡可能小的電路規模和盡可能快的算法執行；盡可能快的算法執行又可以分為：算法本身參數的提升和外部執行環境的改善。

CZ：此前不知道SBF在沙特說自己的壞話:1月31日消息，Binance創始人CZ轉發Insider相關報道內容稱，自己此前并不知道SBF在沙特說他的壞話，去年11月官宣出售FTT之舉與此事無關。此前紐約時報也報道稱SBF曾在華盛頓的非公開會議上批評趙長鵬。[2023/1/31 11:38:15]

1.盡可能小的約束規模

是的，證明生成的消耗是和約束的整體規模n強相關的，如果能大幅縮減整體的約束規模，則證明的生成的時間則會明顯減少。這就要求，在VM的設計中，你需要使用盡可能多的設計以減少整體的約束規模。

a.Prophet

Prophet的意思為“預言家”，先“預言”再“校驗“，其主要目的是：針對一些復雜的計算，我們不需要用VM的指令去實現這些復雜的計算；而是利用內置的Prophet去完成計算，并且把結果發送給VM，然后VM只是執行對于這個結果的合法性校驗。Prophet是一些具備特定計算功能的內置函數，比如除法計算，平方根計算，立方根計算等等，我們會根據實際場景，逐漸豐富Prophets庫，使得對于大部分復雜計算場景，整體約束的縮減效果達到最大化。

Bitwage與Edge Wallet和Casa合作，以簡化比特幣支付薪資的流程:金色財經消息，加密貨幣薪資支付服務商Bitwage周一宣布，已與Edge Wallet和Casa合作，以“簡化將比特幣作為薪資支付的流程”。[2022/8/2 2:52:18]

b.Zk-friendly

當計算是復雜計算時，Prophet可以幫助縮減VM執行的軌跡大小；但在此之前，我們更希望這個計算本身是Zk-friendly。因此，在設計中，我們會采用一些Zk-friendly的操作，比如常見的哈希算法，驗簽算法等；這些優化也經常存在于其他ZK(E)VM的方案里；但最終的關鍵就是，當你選擇一個Zk-friendly的復雜計算時，如何用更小的約束去約束這個復雜的計算？

VM本身除了要執行計算邏輯之外，還會有一些其他的操作同樣需要被證明，比如RAM操作。基于堆棧的VM，每次訪問時，都要進行POP，PUSH的操作；而在驗證層面，仍然需要去校驗這個操作的有效性，這些操作會組成獨立的Table，然后用約束去校驗這些堆棧操作的有效性；而基于寄存器的VM，執行相同的邏輯，得到的執行軌跡更小，因此約束規模也更小。

EarthFund引入去中心化自治組織以利用區塊鏈應對氣候變化并發行CarbonCommons Token:金色財經報道，根據眾籌平臺EarthFund官方公告，EarthFund DAO已經投票接受在其平臺上引入Carbon Removal DAO，利用區塊鏈技術應對氣候變化。Carbon Removal DAO將由哥倫比亞大學校友兼劍橋大學氣候副研究員 Lucy Tweed 博士領導，旨在支持世界各地的社區努力資助全球各個地區的碳中和和碳負倡議，EarthFund 將向其早期愛好者和支持者空投 CarbonCommons 代幣，但這些代幣不會在交易所上架。[2022/7/21 2:27:07]

2.盡可能快的算法執行

由于Plonky2的驚人性能表現，我們暫時以Plonky2作為OlaVM的ZK后端。我們已經深入分析了Plonky2的Gate設計，Gadget設計和協議原理，并從中找到了一些優化方向，你可以關注我們的GithubRepo:Plonky2designs去了解更多相關的信息。

更快的交易執行(現階段不是瓶頸)

在OlaVM的設計中，Prover是無許可的，任何人都可以接入；因此，當你有許多Prover資源時，你可以并行的去為這些區塊生成證明，然后把這些證明聚合在一起，提交到鏈上驗證。由于Prover是可以并行的，因此區塊生成的越快，對應的證明就可以提前生成，這樣最終鏈上驗證的時間也會提前。

當證明生成需要很久的時候，比如幾個小時，并行執行帶來的提升并不是很明顯；有兩個場景可以提高這種并行帶來的效果，一個是聚合的區塊數量變大，達到量變引起質變；另外一個是證明時間大大縮短。當然兩個提升效果疊加，會更好一些。

兼容性？

對于ZKVM來說，具備某種兼容性是為了方便初期的生態構建，畢竟在區塊鏈行業發展至今，已經有許多成熟的應用部署在現有的系統上，以太坊上的生態更為豐富。因此，能實現對這些既有生態的兼容，使得這些項目可以無縫遷移，對項目初期生態的構建有很大的幫助。

當然，OlaVM的主要目標仍然是構建一個高吞吐的ZKVM，當我們的第一步做的不錯時，我們會考慮去實現兼容性，特別是以太坊的兼容性，這也會在我們的路線圖中。

AllTogether

集成上述所有模塊，整個系統的數據流程圖大概如下圖所示：

ComingSoon

1.2022-12月初：

a.完成OlaVMDSL設計；

b.完成OlaVM預編譯合約的設計和開發；

c.完成OlaVM指令約束和Context約束和預編譯合約約束；

d.完成Plonky2的第一階段優化。

參考

1.OlaVM:https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf

2.Plonkish:https://zcash.github.io/halo2/concepts/arithmetization.html

3.CairoVM:https://starknet.io/docs/how_cairo_works/cairo_intro.html#field-elements

4.Plonky2:https://github.com/Sin7Y/plonky2/blob/main/field/src/goldilocks_field.rs

5.Ingonyama:https://github.com/ingonyama-zk/cloud-ZK

6.Semisand:https://semisand.com/

7.Plonky2designs:https://github.com/Sin7Y/plonky2/tree/main/plonky2/designs

關于我們

Sin7y成立于2021年，由頂尖的區塊鏈開發者組成。我們既是項目孵化器也是區塊鏈技術研究團隊，探索EVM、Layer2、跨鏈、隱私計算、自主支付解決方案等最重要和最前沿的技術。

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