LON:詳解OlaVM-ODAILY

TL;DR

1.我們正在努力構建第一個基于PE-VM的ZKVM，通過ZK-friendly的設計和ZK算法的改進，使它具備更高的吞吐率；其技術特點如下：

a.證明快：

i.ZK-friendly:獲得更小的電路規模，以及精簡的底層約束單元；

ii.更快的ZK實現:對plonky2的進一步優化改進；

b.執行快：

采用并行執行的VM。

2.我們已經做的工作：

a.2022年7月份，發布了OlaVM的白皮書；

b.2022年11月份，完成指令集的設計和開發，并初步實現了OlaVM的虛擬機執行模塊，你可以打開鏈接：https://github.com/Sin7Y/olavm去查看我們的代碼，持續更新中！！！

c.針對目前執行效率最快的ZK算法，我們完成plonky2的電路設計及算法研究，你可以打開鏈接：https://github.com/Sin7Y/plonky2/tree/main/plonky2/designs去了解plonky2更多的設計，下一步我們將對其進行優化改進，請持續關注。。。

美國參議員呼吁打擊 \"虛假 \"的加密貨幣審計:金色財經報道，美國參議員Elizabeth Warren (D-Mass.)和一位同事敦促美國審計監督機構對加密貨幣公司的 \"虛假審計 \"采取行動，并指出這種審計對最近美國銀行系統的壓力。由美國證券交易委員會（SEC）授權和監督、由被審計的上市公司資助的上市公司會計監督委員會（PCAOB）向立法者承認了加密貨幣審計的潛在問題，包括參議院金融委員會主席Ron Wyden（D-Ore）。

本月早些時候，PCAOB的監察長最近也曾發出警告，加密貨幣公司的儲備報告往往是基于不可信的信息而不是真正的審計。[2023/3/22 13:18:21]

我們正在做什么？

OlaVM是首個把并行執行的VM引入的二層的ZKVM，融合兩種方案的技術點，獲得更快的執行速度和更快的證明速度，從而在未來實現更高的系統吞吐率。

在現在的以太坊系統中，造成吞吐率慢的原因主要有兩個：

Transit Swap：將100%承擔用戶被盜損失，10月7日退還部分資產:10月5日消息，去中心化交易協議Transit Swap公布被盜事件最新進展，表示愿意100%承擔用戶被盜的損失，將于10月7日先退還黑客已歸還的資產給用戶，用戶查看和領取網址現已公布，剩余資產的退還計劃將在后續的公告中公布。

同時，Transit Swap官方進一步表示，希望所有參與該事件的黑客、攻擊模仿者、搶跑套利者，根據漏洞賞金及退款獎勵（相關金額的5%）進行友好協商，并退回用戶剩余的資產。此前該項目曾表示，盜取最大資金的黑客已歸還超1890萬美元的被盜資金，占其盜取金額80%以上，占總被盜金額約65%。

截止2022年10月8日，Transit Swap官方將視未退還用戶資產的黑客、攻擊模仿者、搶跑套利者為攻擊者，并協助受損用戶一起開啟相關的法律程序，尋求執法機關的介入，直至找到攻擊者并追繳所有被盜資金為止。[2022/10/6 18:40:21]

1.共識的過程：每個節點重復執行交易進行交易的有效性校驗；

2.交易的執行：交易的執行是單線程的。

元宇宙項目REALM將于6月21日發布首個移動應用測試版本:6月14日消息，元宇宙項目REALM將于6月21日在Google Play Store和Apple App Store上發布其首個移動應用測試版本。用戶可以利用該應用玩游戲、創建圖庫，并通過執行任務贏得獎勵。此外，用戶可以創建他們自己的“微宇宙”來充分體驗REALM元宇宙。（Crypto Daily）[2022/6/14 4:25:48]

為了解決問題第1點，且需要同時具備可編程性，許多項目進行了ZK(E)VM的研究，即交易在鏈下完成，鏈上只驗證狀態，但是想要真正提高系統吞吐率，則需要盡可能快的生成證明；為了解決問題第2點，Aptos,Solona,Sui等新公鏈引入了可以并行執行的VM來提高系統的吞吐率。

盡管在現階段，對于ZK(E)VM來講，影響整個系統吞吐率瓶頸在于證明的生成；但是當采用Parallelprove去加快整個系統吞吐率時，區塊生成的越快，則對應的證明生成開始的時間就越早。

如何獲取高吞吐率？

盡可能快的證明生成(目前最高優先級)

數據：當前比特幣市值占比為46.67%:金色財經消息，據CoinMarketCap最新數據顯示，當前比特幣市值占比為46%，以太坊市值占比為17.1%。[2022/6/11 4:18:06]

想要加速證明的生成，其大體可以分為兩個部分：盡可能小的電路規模和盡可能快的算法執行；盡可能快的算法執行又可以分為：算法本身參數的提升和外部執行環境的改善。

1.盡可能小的約束規模

是的，證明生成的消耗是和約束的整體規模n強相關的，如果能大幅縮減整體的約束規模，則證明的生成的時間則會明顯減少。這就要求，在VM的設計中，你需要使用盡可能多的設計以減少整體的約束規模。

a.Prophet

Prophet的意思為“預言家”，先“預言”再“校驗“，其主要目的是：針對一些復雜的計算，我們不需要用VM的指令去實現這些復雜的計算；而是利用內置的Prophet去完成計算，并且把結果發送給VM，然后VM只是執行對于這個結果的合法性校驗。Prophet是一些具備特定計算功能的內置函數，比如除法計算，平方根計算，立方根計算等等，我們會根據實際場景，逐漸豐富Prophets庫，使得對于大部分復雜計算場景，整體約束的縮減效果達到最大化。

日本民主黨黨首提議修改加密稅制以推進Web3發展:5月22日消息，日本民主黨黨首玉木雄一郎近日提議修改針對加密貨幣的稅收制度，以此推進Web3發展。根據其提議，可以通過以下兩點來防止人才和企業流向海外，1.對加密貨幣實行20%的“申告分離課稅”；2.法人持有的代幣不作為期末時價評估的對象。

據悉，日本的加密貨幣稅制一直被詬病“會導致人才外流”。而歷任外務大臣和防衛大臣等職務的河野太郎也表示，為了應對Web3趨勢，“自民黨內已經開始討論稅制改革”。

此前5月10日消息，日本首相岸田文雄（Fumio Kishida）表示，與Web3相關的增長，包括與元宇宙和NFT相關的開發將成為日本未來戰略增長的一部分，并呼吁英國商界領袖支持其項目。他表示，日本政府將進行“體制改革”，以創造環境促進新服務的創建（包括與Web3相關的基礎設施），并將投資引入到科技和創新以及創企投資和數字領域。“我們將專注于區塊鏈、NFT和元宇宙等Web3的推廣。我們將實現一個可以輕松創建新服務的社會。”（Coin Post）[2022/5/22 3:33:06]

b.Zk-friendly

當計算是復雜計算時，Prophet可以幫助縮減VM執行的軌跡大小；但在此之前，我們更希望這個計算本身是Zk-friendly。因此，在設計中，我們會采用一些Zk-friendly的操作，比如常見的哈希算法，驗簽算法等；這些優化也經常存在于其他ZK(E)VM的方案里；但最終的關鍵就是，當你選擇一個Zk-friendly的復雜計算時，如何用更小的約束去約束這個復雜的計算？

VM本身除了要執行計算邏輯之外，還會有一些其他的操作同樣需要被證明，比如RAM操作。基于堆棧的VM，每次訪問時，都要進行POP，PUSH的操作；而在驗證層面，仍然需要去校驗這個操作的有效性，這些操作會組成獨立的Table，然后用約束去校驗這些堆棧操作的有效性；而基于寄存器的VM，執行相同的邏輯，得到的執行軌跡更小，因此約束規模也更小。

2.盡可能快的算法執行

由于Plonky2的驚人性能表現，我們暫時以Plonky2作為OlaVM的ZK后端。我們已經深入分析了Plonky2的Gate設計，Gadget設計和協議原理，并從中找到了一些優化方向，你可以關注我們的GithubRepo:Plonky2designs去了解更多相關的信息。

更快的交易執行(現階段不是瓶頸)

在OlaVM的設計中，Prover是無許可的，任何人都可以接入；因此，當你有許多Prover資源時，你可以并行的去為這些區塊生成證明，然后把這些證明聚合在一起，提交到鏈上驗證。由于Prover是可以并行的，因此區塊生成的越快，對應的證明就可以提前生成，這樣最終鏈上驗證的時間也會提前。

當證明生成需要很久的時候，比如幾個小時，并行執行帶來的提升并不是很明顯；有兩個場景可以提高這種并行帶來的效果，一個是聚合的區塊數量變大，達到量變引起質變；另外一個是證明時間大大縮短。當然兩個提升效果疊加，會更好一些。

兼容性？

對于ZKVM來說，具備某種兼容性是為了方便初期的生態構建，畢竟在區塊鏈行業發展至今，已經有許多成熟的應用部署在現有的系統上，以太坊上的生態更為豐富。因此，能實現對這些既有生態的兼容，使得這些項目可以無縫遷移，對項目初期生態的構建有很大的幫助。

當然，OlaVM的主要目標仍然是構建一個高吞吐的ZKVM，當我們的第一步做的不錯時，我們會考慮去實現兼容性，特別是以太坊的兼容性，這也會在我們的路線圖中。

AllTogether

集成上述所有模塊，整個系統的數據流程圖大概如下圖所示：

ComingSoon

1.2022-12月初：

a.完成OlaVMDSL設計；

b.完成OlaVM預編譯合約的設計和開發；

c.完成OlaVM指令約束和Context約束和預編譯合約約束；

d.完成Plonky2的第一階段優化。

參考

1.OlaVM:https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf

2.Plonkish:https://zcash.github.io/halo2/concepts/arithmetization.html

3.CairoVM:https://starknet.io/docs/how_cairo_works/cairo_intro.html#field-elements

4.Plonky2:https://github.com/Sin7Y/plonky2/blob/main/field/src/goldilocks_field.rs

5.Ingonyama:https://github.com/ingonyama-zk/cloud-ZK

6.Semisand:https://semisand.com/

7.Plonky2designs:https://github.com/Sin7Y/plonky2/tree/main/plonky2/designs

關于我們

Sin7y成立于2021年，由頂尖的區塊鏈開發者組成。我們既是項目孵化器也是區塊鏈技術研究團隊，探索EVM、Layer2、跨鏈、隱私計算、自主支付解決方案等最重要和最前沿的技術。

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