Sin7y團隊解讀：深入理解 TinyRAM_RAM:Paragon Capital

TinyRAM是由大名鼎鼎的BCTGTV五人組(EliBen-Sasson,AlessandroChiesa,DanielGenkin,EranTromer,MadarsVirza)和SCIPR實驗室提出的一種隨機訪問器架構，旨在成為表達非確定性計算證明性的便捷工具。具體來說，TinyRAM是一種精簡指令集計算機(RISC)，具有字節級可尋址的隨機存取存儲器。它在“擁有足夠表達能力”和“足夠簡約”這兩個對立面之間取得平衡：

?當從高級編程語言編譯時，有足夠的表達能力來支持簡短高效的匯編代碼，以及

?小指令集，指令通過運算電路簡單驗證，利用SCIPR的算法和密碼機制實現高效驗證。

架構

TinyRAM由兩個整數參數化：字長W，需要是2的冪且可以被8整除(這點和現代計算機一樣，如32，64)，以及寄存器的數量K。一般用TinyRAM(W,K)來表示，機器的狀態包括以下內容：

1.程序計數器pc(programcounter)，由W個bit組成。

2.K個通用寄存器，以r0,r1,...,r(K-1)表示，每個寄存器都是W個bit。

3.條件標志flag，由一個bit組成。

4.內存，2^W個字節的線性數組，使用小端約定排列字節。

5.2個磁帶(tape)，每個包含一串Wbit的字。每個磁帶都是單向只讀的。其中，一個磁帶是用于公開輸入x，另一個用于私有輸入w。其實就是TinyRAM的輸入載體。

42個可疑地址持有205萬億枚LADYS，占總供應量的23%:5月11日消息，據鏈上分析師@Lookonchain披露，42個可疑地址當前持有205萬億枚LADYS，價值約合1900萬美元，占到總供應量的23%，這些地址都同時從KuCoin收到ETH并購買了LADYS代幣，并且還在10小時之前將持有的全部代幣都轉移到了新地址。巧合的是，LADYS部署者也在同一時間從KuCoin那里收到了ETH作為gas費用。[2023/5/11 14:56:53]

TinyRAM機的輸入是2個磁帶以及內存，輸出是answer指令，該指令有一個參數A，代表返回值，A=0表示接受。也可以使用該指令終止執行程序。

TinyRAM根據執行指令的位置不同有兩種變體：一種變體遵循哈佛架構，另一種遵循馮諾依曼架構。前一種架構的數據和程序存放在不同的地址空間中，且程序是只讀的；后一種架構數據和程序存放在同一個可讀寫的地址空間中。具體用圖表的方式來表示這兩者的區別：

以下兩個架構的圖示：

去中心化穩定幣開發公司Gyroscope完成450萬美元種子輪融資:金色財經報道，去中心化穩定幣開發公司Gyroscope完成450萬美元種子輪融資，Placeholder和Galaxy共同領投，Maven 11、Archetype、Robot Ventures、Balancer Labs聯合創始人兼首席執行官Fernando Martinelli等參投。

聯合創始人Lewis Gudgeon表示，該輪融資于2022年1月結束，但Gyroscope現在將其公開，因為該協議的代碼庫已基本完成，并且正在為全面啟動做準備。Gyroscope的穩定幣，稱為gyro dollar，代號為GYD，是非托管的，旨在完全由儲備支持。[2023/3/9 12:52:33]

在開始更詳細的TinyRAM設計細節之前，我們以官方白皮書的例子說明，TinyRAM是如何做到既簡潔又全面，能夠滿足非確定性的計算問題的。

意義

Alice擁有x，Bob擁有w。Alice想知道算法A(x,w)的計算結果的正確性，但是不想自己計算。這樣的場景，在零知識證明系統中非常常見，有證明者和驗證者，驗證者想知道證明者提供的證據的正確性，但不必自己重新計算一次。TinyRAM架構就滿足這樣的場景，兩個磁帶可以傳入私有輸入w和公開輸入x，證明計算和驗證程序在其中執行。SCIPR實驗室實現的libsnark庫中，已實現了TinyRAM。具體參見：https://github.com/scipr-lab/libsnark.

報告：穩定幣可以從Silvergate的困境中受益:金色財經報道，數字資產數據提供商 Kaiko 的一項新研究發現，Silvergate 關閉其即時支付網絡的決定可能會促進投資者在加密貨幣交易中采用穩定幣。該研究預測，投資者不會將美元存入使用Silvergate 的 SEN等銀行軌道的交易所，而是將其存入穩定幣發行機構以在將其轉移到交易所之前接收穩定代幣。

盡管如此，Kaiko表示，穩定幣發行人仍將需要訪問加密銀行，因此風險現在進一步集中。[2023/3/8 12:48:26]

以CircuitGenerator為例，C程序經過編譯器之后，編譯成TinyRAM的程序，再經過CircuitGenerator之后，生成電路，最后得到zkSNARK電路。

指令

TinyRAM支持29個指令，每條指令都通過1個操作碼和最多3個操作數指定。操作數可以是寄存器名稱或者立即數。除非另有說明，否則每條指令都不會修改flag，且將pc增加i，對于哈佛架構來說，i=1，對于馮諾依曼架構來說，i=2W/8。通常，第一個操作數是指令執行計算的目標寄存器，其他操作指定指令的參數。最后，所有指令都需要機器的一個周期來執行。

基于華為云的P2E鏈游Revoland完成1060萬美元種子輪和預售輪融資，天鴿互動等參投:金色財經報道，基于華為云的 P2E 鏈游 Revoland 宣布完成 1060 萬美元種子輪和預售輪融資，HashKey Capital 和 Polygon Ventures 領投，天鴿互動（Tian Ge Interactive）、AKG Venture、LinkVC、Arcanum Capital、Atlas Capital、Crypto Nord、PlayPark、MX Investment、One Block Capital、AW Capital、Phemex Venture、Winston International、Gene Vision和Yield Master 參投。Revoland 是一款基于區塊鏈的多人在線戰斗競技場（MOBA）游戲，通過 Play-to-Earn 模式吸引玩家，玩家可以召集朋友組建團隊，與他人戰斗，并因其技能而獲得 Token 獎勵。Revoland 計劃利用這筆融資加速產品和業務開發、游戲設計、擴大團隊規模，同時與一些知名游戲公會進行合作，并且創建一個基于 Web3 的社區，讓更多玩家可以使用其原生 Token 訪問更多角色、升級游戲。（financefeeds）[2022/6/2 3:57:15]

指令包含幾種類型，指令名稱和intelx86匯編指令類似，可顧名思義。

●?位操作指令：

加密錢包初創公司Bridgecard完成44萬美元pre-seed輪融資:金色財經報道，加密錢包初創公司Bridgecard宣布完成44萬美元pre-seed輪融資，參投方包括ABV Fund、Ingressive Capital、Voltron Capital、Venture Platform、Velocity Digital、Berrywood Capital。Bridgecard旨在將用戶的銀行卡、銀行賬戶和金融科技錢包合并到一個應用程序中，允許用戶執行在線交易、支付賬單、以及從任何關聯的賬戶中提款。[2022/5/20 3:30:47]

?and

?or

?xor

?not

●?整數操作指令：

?add

?sub

?mull

?umulh

?smulh

?udiv

?umod

●?shift操作指令：

?shl

?shr

●?比較操作指令

?cmpe

?cmpa

?cmpae

?cmpg

?cmpge

●?move操作指令

?mov

?cmov

●?jump操作指令

?jmp

?cjmp

?cnjmp

●?內存操作指令

?store.b

?load.b

?store.w

?load.w

●?輸入操作指令：

?read

●?輸出操作指令:

?answer

匯編語言

TinyRAM的程序是由TinyRAM匯編語言編寫的，這個語言受Intelx86匯編語言語法啟發。程序是包含多行TinyRAM匯編代碼的文本文件。程序按照哈佛架構還是馮諾依曼架構的不同，第一行包含的字符串也不同：

??哈佛架構

“;TinyRAMV=2.000M=hvW=WK=K”

??馮諾依曼架構

“;TinyRAMV=2.000M=vnW=WK=K”

其中，W是十進制表示的字長，K是十進制表示的寄存器數量。程序文件中，其他每一行依次包含的內容需要滿足：

1.可選的空格。

2.可選的label，用于定義為引用其后的第一條指令。

3.可選的指令，由指令助記符，以及后面的操作數。

4.可選的空格。

5.可選的以分號;開始的注釋，到該行尾結束。

一個程序中，最多可以有2^W個指令。一個label只能定義一次，有點像高級語言中的變量。

示例代碼(https://github.com/scipr-lab/libsnark/blob/master/tinyram_examples/answer0/answer0.s)

為了滿足計算的需要，提高電路可滿足性的效率，TinyRAM增加了前導語。如果一個TinyRAM的程序以前導語的方式啟動，則說明該程序是個合適的程序。

上述的前導語：

??對于哈佛架構來說，I(i)=1*i，并且inc=1

??對于馮諾依曼架構來說，I(i)=2W/8*i，并且inc=W/8

前面的示例代碼，也遵循這樣的前導語寫法。

兩種架構的性能對比

TinyRAM的兩種架構，其設計區別在前面的“架構”部分介紹了，此處對比兩種架構的性能。

第一個圖表展示兩種架構產生的門數量。

l是指令數量，n是輸入大小，T是執行步數。

可以看出，前者的門數量和指令數量呈線性增加。后者改善很大，指令越多，改善的越大。

第二個圖表展示兩種架構在不同字長的曲線下，生成Keygenerator/prover/verifier的時間及proof大小。

可以看出，在80bit時，馮諾依曼架構相較于哈佛架構有較大提升，在128bit時，也有少許提升。

由上述表格數據可以看出，馮諾依曼架構的效率更高，這也是為什么馮依諾曼架構TinyRAM是后來在哈佛架構TinyRAM的基礎上提出的。

總結

我們講了TinyRAM的架構，設計，匯編指令等，介紹了它的優勢：可以用來便捷的進行非確定性計算。尤其在零知識證明系統中，有更多的發揮空間。最后介紹了兩種TinyRAM架構的性能對比，在生成的門數量和時間以及proof大小上，馮諾依曼架構都更勝一籌。

引用

http://www.scipr-lab.org/doc/TinyRAM-spec-2.000.pdf

https://www.cs.tau.ac.il/~tromer/slides/csnark-usenix13rump.pdf

http://eprint.iacr.org/2014/59

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來源：金色財經

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