Sin7y團隊解讀：Miden的stark證明系統_TAC

引言

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。

ParaSpace宣布將推出2.0版本，旨在提升去中心化流動性:7月13日消息，ParaSpace發推稱，即將推出2.0版本，該版本為ParaSpace迄今為止最大的升級，旨在提升去中心化流動性。新版本主要特性包括：讓任何人都能獲得資產的普遍流動性，與社區一起創造新一代的借貸形式。[2023/7/13 10:51:38]

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。

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。

網傳小紅書暫停數字藏品銷售，客服回應“支持正常銷售”:6月12日消息，近期，有傳言小紅書官方在5月4日發布一則公告，稱平臺將暫停“R-數字藏品”（包括R-數字作品，R-數字頭像的虛擬商品）售賣，同時關閉該類別商品的發布和編輯權限。要求商家在5月15日前進行自檢，自行下架相關商品；并在公告中宣布規則于5月18日生效。

對此，專業號人工客服否認傳聞內容，表示：是支持的，并建議上傳商品的推薦類目為文玩/手工藝 - 文玩愛好/收藏 - 收藏品保養/鑒定工具。

經查看，在搜索欄中輸入“數字藏品”并查詢，可以看到目前依然有大量數字藏品商品在售賣中，并沒有公告中說的暫停售賣以及發布的影響。“小紅書R-Space實驗室”賬號中可以看到大量數字藏品依然正常銷售中，但官方賬號最近一次更新為4月26日，相較于該賬號之前大約三日一更的更新頻率來說，這次停更長達一個月有余。[2023/6/12 21:31:22]

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。

加密貨幣稅務公司Node40完成400萬美元融資:金色財經報道，加密貨幣稅務公司 Node40 宣布獲得 Card1Ventures 的 400 萬美元投資。這項戰略投資旨在推動 Node40 的發展，增強其產品供應，并進一步擴大其在快速發展的區塊鏈行業中的影響力。[2023/4/20 14:16:21]

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。

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。

條件指令

Choose

Compute North在宣布破產前兩個月被起訴:金色財經報道，比特幣挖礦主機提供商Compute North正面臨來自合作伙伴的訴訟，原因是在協議失敗后未能返還近140萬美元的押金。The9 的子公司 NBTC Limited 指責Compute North違反合同并且未能退還初始押金。（theblock）[2022/9/24 7:17:31]

Constrain:

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:

荷蘭國際銀行：預計美聯儲將在9月和11月各加息50個基點:7月30日消息，荷蘭國際銀行首席國際經濟學家詹姆斯·奈特利說，美聯儲已經明確表示，它準備犧牲經濟增長，因為它希望將通脹降至目標水平，但現在美國正處于技術上的衰退，似乎正走向可能被稱為“真正的”衰退，即失業率上升，消費支出下降，我行預計美聯儲將在9月和11月各加息50個基點。（金十）[2022/7/30 2:47:54]

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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來源：金色財經

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