Miden的stark證明系統-ODAILY_STA:ACK

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。

a16z任命前凱鵬華盈合伙人Anjney Midha領導人工智能投資業務:金色財經報道，知名投資機構Andreessen Horowitz （a16z）宣布Ubiquity6聯合創始人兼前首席執行官Anjney Midha加入并負責領導該風投的人工智能投資業務，Anjney Midha此前還在知名投資基金凱鵬華盈（Kleiner Perkins）擔任過4年合伙人。截至目前，a16z并未單獨設立獨立人工智能基金，但卻設立了加密基金，對此a16z普通合伙人Martin Casado解釋說，加密貨幣有自己的生態系統，另外法律層面也不一樣，因此需要設立單獨的基金。（Axios）[2023/7/26 15:58:29]

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。

美國多米公司將于2023年2月18日推出DOMIDao質押挖礦:據官方消息，美國多米公司聯合拉法科技將于2023年2月18日推出DOMIDao質押挖礦，元宇宙，和游戲等生態應用。DOMIDao將推動整個 DOMI 生態高速發展。[2023/2/18 12:14:14]

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。

Numida宣布完成1230萬美元A輪融資:金色財經報道，烏干達金融科技公司Numida通過A輪前股權債務完成1230萬美元融資，Numida計劃該筆融資將數字借貸業務拓展到國外，這輪融資由美國網球明星小威廉姆斯的風險投資公司 Serena Ventures 領投。Breega、4Di Capital、Launch Africa、Soma Capital 和 Y Combinator 也參與了這一輪融資。[2022/10/2 18:37:37]

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

Constrain:

Midnight Society與Polygon Studios合作創建游戲NFT交易系統:金色財經報道，YouTuber網紅和《使命召喚》游戲主播Dr Disrespect成立的游戲工作室Midnight Society宣布正在與Polygon Studios合作創建一個允許玩家在區塊鏈上交易游戲內物品的游戲發行平臺。

今年3月，Midnight Society宣布玩家可申請“月球計劃”的創始人通行證（Founders Pass）。該NFT基于Polygon區塊鏈，給予所有者獨家訪問早期游戲構建和其他功能。

在關閉申請通道后，該工作室了解到，97.5%申請了創始人通行證的玩家希望能夠直接擁有游戲中的道具，并認為他們應該能夠收集、升級、出售和交易這些道具。

因此，Midnight Society和Polygon Studios合作創建一個基于區塊鏈的游戲發行平臺，讓玩家可以做到這一點。（Dexerto）[2022/6/1 3:54:16]

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:

動態 | SEC正與涉嫌ICO欺詐的Reginald Middleton及其公司進行和解談判:SEC正與涉嫌1500萬美元ICO欺詐的Reginald Middleton及其公司Veritaseum Inc.及Veritaseum LLC進行和解談判。據此前報道，美國SEC對一名紐約男子及其兩家公司提起訴訟。SEC指控這些實體在2017年末至2018年期間進行欺詐和未經注冊的ICO，并要求美國地方法院對被告的相關資產進行緊急凍結。SEC正式對Reginald Middleton、紐約公司Veritaseum Inc.和總部位于特拉華州的Veritaseum LLC提起訴訟。SEC表示，從2017年末到2018年初，被告通過ICO籌集約1480萬美元，并聲稱向投資者做出了重大虛假陳述和疏漏。此外，SEC認為，該ICO還有大約800萬美元的投資者收益，并要求立即請求救濟，以便凍結被告的資產。根據提交的文件，這些公司出售了名為VERI的代幣，這些代幣是在以太坊區塊鏈上發行的，并以30:1的比例與ETH掛鉤。（Fnance Feeds）[2019/10/9]

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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