TIN:TinyRam指令集和电路约束-ODAILY_MARKETING价格

简介

Tinyram是一个简单的RISC随机存取机器，具有字节寻址的random-accessmemory和inputtapes。TinyRAM有两个变体：一个遵循哈佛架构，一个遵循冯诺依曼架构(本文我们主要讨论冯诺依曼架构)。

简明计算完整性和隐私研究项目构建了证明TinyRAM程序正确执行的机制，而TinyRAM的设计是为了在这种情况下提高效率。它在“拥有足够表达能力”和“足够简约”这两个对立面之间取得平衡：

?当从高级编程语?编译时，有足够的表达能力来支持简短高效的汇编代码。

?小指令集，指令通过运算电路简单验证，利用SCIPR的算法和密码机制实现高效验证。

本文对于tinyram不再进行重复介绍，会对上一篇文章进行补充，然后重点是指令介绍和电路约束介绍。tinyram基础介绍可以参考我们团队上一篇文章：TinyRam介绍

Tinyram指令集

Tinyram总共有29个指令，每条指令都由一个操作码和最多三个操作数组成。一个操作数可以是一个寄存器的名称。除非特别说明，否则指令不会单独修改flag。每条指令默认将pc增加i(i%2^W),对于vnTinyram来说i=2W/8。

一般来说，第一个操作数是指令计算的目标寄存器，其他的操作数指定指令需要的参数，最后，所有指令都需要机器的一个周期来执行。

位操作

整数操作

这些是各种无符号和有符号的整数操作。在每种情况下，如果发生算术溢出或错误，flag被设置为1，否则被设置为0。

shift操作

?shl指令shlrirjA将左移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最高有效位。

?shr指令shrrirjA将右移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最低有效位。

俄罗斯最大私银之一Tinkoff所有者TCS集团投资瑞士数字资产服务提供商Aximetria:金色财经报道，俄罗斯最大私银之一Tinkoff所有者TCS集团投资瑞士数字资产服务提供商Aximetria，据俄罗斯当地新闻机构 The Bell报道TCS 集团已投资瑞士数字资产服务提供商 Aximetria，该公司将成为TCS集团第一家主要的加密相关机构，根据Aximetria披露数据显示，TCS 购买了 4,449 股 Aximetria 股票，每股价值 100 瑞士法郎（108 美元），不过Tinkoff银行发言人强调，Aximetria “不是加密货币交易平台”，而是一家“在数字资产行业提供金融服务”的公司。[2022/1/12 8:44:39]

比较操作

比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器；比较的结果存储在flag中。

move操作

?mov指令movriA将存储到ri寄存器中。

?cmov指令cmovriA如果flag=1，将存储到ri寄存器中。否则ri寄存器的值不会改变。

Jump操作

这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和flag但是会修改pc。

?jmp指令jmpA将存储到pc中。

?cjmp指令cjmpA在flag=1的条件下将存储到pc中，否则pc自增1。

?cnjmp指令cnjmpA在flag=0的条件下将存储到pc中，否则pc自增1。

Memory操作

这些是简单的memoryload和store操作，其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。

输入操作

该指令是唯一一个访问两个tapes中的任意一个的指令。第0个tape用于primary输入，第1个tape用户auxiliary输入。

Bitcoin Latinum 与 Unico NFT 合作推出第一个启用比特币的 NFT 平台:金色财经报道，Bitcoin Latinum (LTNM)与Unico NFT合作，正在推出一个NFT市场，其中有成千上万的数字艺术品，可以完全用比特币（BTC）和Bitcoin Latinum (LTNM)买卖。这是世界上第一个能够选择使用以太坊类型货币以外的加密货币购买、出售和交易NFT的平台。利用正在申请专利的技术，Unico提供了使用比特币和比特币Latinum购买NFT的方法。（雅虎财经）[2021/11/28 12:36:32]

输出操作

该指令表示程序已经完成了计算，因此不能再允许其他操作。

指令集约束

Tinyram采用R1CS约束形式进行电路约束，具体形式如下：

一个R1CS约束，可以有a，b,c三个linear_combination表示，一个R1CS系统中的所有变量的赋值，可以分为两个部分：primaryinput和auxilaryinput。Primary就是我们经常说的“statement”。auxiliary就是“witness”。

一个R1CS约束系统包含多个R1CS约束。每个约束的向量长度是固定的。

Tinyram在libsnark的代码实现中大量使用了一些定制gadgtes来表述vm的约束以及opcode执行和memory的约束。具体代码在gadgetslib1/gadgets/cpu_checkers/tinyram文件夹下。

位操作约束

?and约束公式：

分析师Justin：美债收益率仍高企:美国10年期国债收益率目前处于1.61%的高点。美债标售情况和欧洲央行未能安抚市场情绪。尽管美国刺激计划获得通过，对市场影响正面，但在债市大幅波动的情况下，市场难以平静。在美联储利率决议前，可能会看到持续的债券抛售，因国债处于进一步下跌的边缘，这将令收益率朝着1.75%-1.8%水平发展，并影响到其他资产类别，但具体情况将取决于这一趋势的发展速度。（金十）[2021/3/12 18:40:17]

and的R1CS约束将参数1和参数2以及计算结果逐bit位进行乘法计算验证，约束步骤如下：

1.计算过程约束，代码如下：

2.结果编码约束

3.计算结果非全0约束

4.flag约束

?or约束公式：

具体约束步骤如下：

1.计算过程约束，代码如下：

2.结果编码约束

3.计算结果非全0约束

4.flag约束

?xor约束公式：

具体约束步骤如下：

1.计算过程约束，代码如下：

Weiss Ratings：加密资产将在3月中旬迎来重要低点:金色财经报道，Weiss Ratings发布推文称，其时间模型表明，加密资产将在3月中旬迎来一个重要低点。同一个模型显示，在那之后，比特币将迎来牛市。[2020/3/3]

步骤2，3，4同上

?not约束公式：

具体约束步骤如下：

步骤2，3，4同上

整数操作约束

?add：约束公式：

具体约束步骤如下：

1.计算过程约束，代码如下：

2.解码结果约束和boolean约束

3.编码结果约束

?sub:约束公式：sub约束比add稍微复杂一些，采用了一个中间变量表示a-b的结果，同时为了保证结果计算表示为正整数和符号的形式，给结果加上了2^w。具体约束步骤如下：

1.计算过程约束

2.解码结果约束和boolean约束

声音 | Weiss Ratings：加密风险基金正在超越加密对冲基金:Weiss Ratings刚刚发推文称，加密风险基金正在超越加密对冲基金。投资者正变得更加理性，因为他们正从投资代币转向投资那些使用代币做生意的公司。[2019/2/17]

3.符号位约束

?mull、umulh、smulh约束公式：

mull相关的约束都涉及以下几个步骤

1.计算乘法约束

2.计算结果编码约束

3.计算结果flag约束

?udiv、umod约束公式：

B为除数，q商，r为余数。余数与需要满足不能超过除数的条件。具体约束代码如下：

shift操作约束

?shl、shr约束公式

比较操作

比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器；比较的结果存储在flag中。比较指令包含cmpe、cmpa、cmpae、cmpg、cmpge。比较指令可以分为两类，分别为有符号数的比较和无符号数比较，两者约束过程核心都利用了libsnark中实现的comparison_gadget。

其他剩余过程跟有符号数比较约束相同

move操作约束

?mov约束公式：

mov的约束比较简单，只需要确保将存储到ri寄存器中，由于mov操作没有修改flag，所以约束需要确保flag的值没有产生变化。约束代码如下：

?cmov约束公式：

cmov的约束条件比mov复杂一些，主要mov的行为跟flag值的变化有关系，同时cmov不会修改flag，所以约束需要确保flag的值没有变化，cmov的代码如下：

Jump操作约束

这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和flag但是会修改pc。

?jmp

Jmp操作约束pc值与指令执行结果一致，具体约束代码如下：

?cjmp

cjmp根据flag条件进行跳转，flag=1进行跳转，否则pc自增1

约束公式如下：

约束代码如下：

?cnjmp

cnjmp根据flag条件进行跳转，flag=0进行跳转，否则pc自增1

约束公式如下：

约束代码如下：

Memory操作约束

这些是简单的memoryload和store操作，其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。

?store.b和store.w

对于store.w取整个arg1val的值，对于store.b操作码只会取arg1val的必要部分，约束代码如下:

?load.b和load.w

这两个指令我们要求从内存中加载的内容被存储在instruction_results中，约束代码如下：

输入操作约束

?read

read操作跟tape有关，具体的约束规则是：

1.上一个tape中的内容被读完，没有内容可读，不会读取下一个tape。

2.上一个tape中的内容被读完，没有内容可读，flag被设置为1

3.如果当前执行的指令是read,那么read读取到的内容和tape输入内容一致

4.从tape1以外的地方读取内容，flag被设置为1

5.result为不为0，意味着flag为0

约束代码：

输出操作约束

该指令表示程序已经完成了计算，因此不能再允许其他操作

?answer

当程序的输出值被接受，has_accepted会被设置为1，程序返回值能够被正常接受意味着当前的指令为answner以及arg2value为0。

约束代码如下：

其他

当然除了上述提到的一些指令相关的约束外，tinyram还有一些pc一致性、参数编解码、内存检查等各种约束。这些约束通过R1CS系统组合起来构成一个完成的tinyram约束系统。所以这也是R1CS形式的tinyram生成约束数量较多的根本原因。

这里引用一个tinyram介绍ppt的图片，展示一个ERC20transfer用tinyram生成证明需要的时间消耗。

从上图的例子可以得出结论：使用vnTinyram+zk-SNARKs验证所有EVM操作是不可能的，只适合验证少量的指令的计算验证，可以使用vnTinyram验证EVM的部分计算类型的opcode。

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