Miden的stark證明系統-ODAILY_TRA

Miden證明系統架構

miden是一個基于strark技術的zkvm實現方案。它的底層是基于winterfell這個zkp庫來生成stark證明和對證明進行驗證。下圖1中虛線部分是Miden實現的主要功能。可以看出，主要有三個組件構成。

1.一套詞法語法編譯器,下圖1中的lexicalanalyzer和syntaxparser。它們可以將miden定義的匯編指令編程成codeblock和block中包含的opcode和opvalue。

2.一套指令的執行器，下圖1中的executor。它負責按照定義的規則執行codeblock和block中包含的opcode及opvalue。執行結果為用于生成證明的executiontrace。

3.一套符合stark證明要求的AIR(代數中間表示)，下圖1中的AIR。用來對miden的虛擬機執行過程進行約束。

AIR結構設計圖

AIR的約束分為stack和decoder兩部分：

圖2為stack的約束，初始化時分配了最上邊深度為8的stack。在執行時根據程序需要，可能會超出初始化分配的深度，那么max_depth會根據需要遞增。但是不能超過最大深度16。否則報錯。

DAO注冊服務提供商MIDAO完成100萬美元融資:7月21日消息，DAO注冊服務提供商MIDAO完成100萬美元融資，The LegalTech Fund、FJ Labs以及天使投資人Coinbase前首席技術官Balaji Srinivasan等參投。該輪融資將增強MIDAO的核心產品，為Web3項目和DAO提供法律認可，并幫助確保貢獻者的責任保護，擴大其由Web3律師和專業服務提供商組成的全球合作伙伴網絡，并擴大MIDAO在全球的服務范圍。

MIDAO是一個由超過300名經過審查的Web3律師組成的合作伙伴網絡，其使命是使各行業的Web3組織能夠訪問法律和監管框架，為尋求法律認可的現有DAO提供服務。[2023/7/21 15:50:51]

圖3為decoder的約束。其中的op_counter,op_sponge,cf_op_bits,ld_op_bits,hd_op_bits是固定列長度的。其中的op_sponge用于執行指令的順序和正確性的約束。cf_op_bits約束3bit的flow_ops。ld_op_bits,hd_op_bits分別約束了user_ops的低5bits和高2bits。ld_op_bits和hd_op_bits組合構成一條執行的user_op,還用來作為stack每step狀態約束的selector。

MidenVM執行過程實例

本節將展示一個簡單的miden邏輯來說明vm的執行過程和stark的executiontrace的生成。

派盾：Midas Capital被攻擊并損失超過60萬美元:金色財經報道，據派盾檢測，跨鏈市場解決方案Midas Capital遭到黑客攻擊，造成損失超過60萬美元，原因是其借貸協議中的整數取舍問題（源自知名的Compound Finance v2代碼庫的分叉）遭到利用，同樣的情況在之前Hundred Finance被攻擊的事件中也被利用過。[2023/6/18 21:44:43]

下邊代碼段1是要執行的代碼段：

它執行的邏輯是將3和5壓棧。之后從tape讀取flag。判斷flag是1還是0。如果是1則運行if.true分支將壓棧的兩個數3和5取出，相加得到8并重新壓入棧。如果是0則運行else分支將壓棧的兩個數3和5取出相乘得到15，再將15重新壓入棧。

代碼段通過miden的詞法和語法分析器解析后的最終指令代碼如下代碼段2:

下邊圖4是vm運行代碼段2的過程，中間是executor執行opcode的流程圖，左邊虛線指向的是代碼執行產生的decodertrace，右邊點劃線指向的是代碼執行產生的stacktrace。

其中executor是按照codeblock來一塊一塊執行。在本例子里，首先執行了一個spanblock。之后在第32步時執行if-else-end結構進入了swtichblock塊，并將之前的spanblock的最后一步執行生成的spongehash壓入ctx_stack，并在swtichblock塊執行完之后，在第49步彈出到sponge里。

SubDAO公布Middleware 2.0版本，將支持在Twitter上創建和管理多簽與DAO組織:據官方消息，SubDAO將發布2.0版本Twitter中間件，新版本將迭代DApp Solidity版本的最新功能，主要用于在Twitter上創建Multi-sig多簽和管理DAO組織，發起人可發行1155協議NFT作為DAO token進行DAO募集，并自定義DAO token的釋放與流通規則。

SubDAO 是一個 DAO 基礎設施協議，通過中間件、Multi-sig和其他去中心化功能幫助管理數字資產，已在Ethereum、BSC、Polygon、Moonbeam等多個主網上部署。據悉，SubDAO獲得Messari創始人Ryan Selkis及Hypersphere、CMS Holdings、OKX Ventures、Huobi Ventures等多家機構融資。[2022/12/2 21:18:06]

Note：本文檔描述針對miden工程的main分支最新版本。目前miden的next分支對于指令進行了大量重新設計，AIR也只實現了很少一部分的約束。

stack約束條件

本節將展示主要的User操作指令的約束條件。其中的old_stack_x指的是指令執行前的stack的x位置存儲的value。new_stack_x指的是指令執行后的stack的x位置存儲的value。-->是將棧左邊位置的value拷貝到右邊位置。==是等式約束。stack的約束相對比較簡單，就不多做解釋了。

Polygon 推出基于STARK零知識證明的擴容方案 Miden，采用Facebook開源技術且兼容EVM:11月16日消息，Polygon宣布推出基于零知識的、與 EVM 兼容的擴容解決方案Miden，同時也將開源其核心組件的早期原型版本Polygon Miden 虛擬機 (VM) 。Polygon Miden 是一個基于 STARK 的 ZK Rollup，Polygon Miden VM 是完全開源的基于 STARK 的虛擬機，它的作用是驗證程序執行并為DApp 部署提供增強的盡職調查。Miden VM 通過利用Facebook的Novi開發的STARK證明器/驗證器Winterfell 對基于Rust語言編寫的零知識虛擬機 Distaff VM進行了擴展。Distaff VM和Winterfell的核心開發人員Bobbin Threadbare將加入 Polygon 作為 Miden Lead，致力于重新整合 Distaff，將 Distaff 和 Winterfell 結合起來，并繼續開發 Miden VM 及其周圍的生態系統。

除Polygon Miden外，Polygon價值10億美元的ZK策略資金還孵化Polygon Hermez和Polygon Nightfall。Polygon Hermez是此前收購的Hermez Network，Polygon Nightfall是與安永共同開發構建的以隱私為重點保護的Rollup。[2021/11/17 21:56:06]

條件指令

Choose

Constrain:

韓國交易所Komid兩名管理者因涉嫌欺詐和挪用2500萬美元被判監禁:韓國最高法院維持了在前兩次審判中對加密交易所Komid兩名管理者的判決。當地媒體Kakao周四報道稱，這兩人被指控在Komid平臺上組織欺詐活動，挪用了約2500萬美元。該交易所的首席執行官Choi Mo將被判處三年監禁，而涉案的第二名負責人Park Mo將被判處兩年監禁。后者負責該交易所的財務運營。

2019年1月20日消息，Komid的兩名高管因涉嫌在平臺上進行欺詐性交易而被捕，該公司的首席執行官Choi被判3年徒刑，而另一名領導Park被判處2年徒刑。根據檢察官報告，兩名被告利用“機器人”在其平臺上偽造了500萬筆交易以欺騙投資者。（Decrypt）[2020/8/28]

如果condition為1，x在堆棧頂部，condition為0，y在堆棧頂部

算術指令

add

Constrain:

mul

Constrain:

inv

Constrain:

neg

Constrain:

bool指令

not

Constrain:

and

Constrain:

or

Constrain:

hash指令

RESCR

滿足hash函數協議的限制函數hash

占用6registers

Constrain:

比較指令

eq

Constrain:

cmp

根據比較的兩個數的bit長度循環比較。比如

A:

B:

需要比較4次

Constrain:

堆棧操作指令

dup.n

Constrain:

swap

Constrain:

ROLL4

Constrain:

decoder的約束條件

本節將展示主要的Flow操作指令的約束條件。

用戶代碼執行

op_bits

對于cf_op_bits，ld_op_bits，hd_op_bits的約束。

約束1:每bit只能為0或者1。

約束2:當op_counter不為0時，ld_ops和hd_ops不能同時為0。

約束3:當cf_op_bits為hacc時。op_counter狀態會加1。

約束4:BEGIN,LOOP,BREAK,andWRAP指令需要16對齊

約束5:TENDandFEND指令需要16對齊

約束6:PUSH指令需要8對齊

hacc

hacc作為flowOps，每次執行該指令都會引起sponge的狀態改變，需要進行約束

條件判斷

t_end

作為if的true分支結束的約束，分為兩部分：

約束1:sponge狀態的約束，彈出棧頂的值等于new_sponge_0。if的true分支的最后一步執行后的sponge等于new_sponge_1。new_sponge_3等于0。

約束2:ctx_stack的約束。彈出棧頂的值等于new_sponge_0。棧內其他元素都往棧頂移動一個位置。

約束3:loop_stack的約束。loop_stack的狀態不變。

f_end

作為if的false分支結束的約束，分為兩部分：

約束1:sponge狀態的約束，彈出棧頂的值等于new_sponge_0。if的true分支的最后一步執行后的sponge等于new_sponge_2。new_sponge_3等于0。

約束2:ctx_stack的約束。彈出棧頂的值等于new_sponge_0。棧內其他元素都往棧頂移動一個位置。

約束3:loop_stack的約束。loop_stack的狀態不變。

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