BIT:Miden的stark證明系統-ODAILY

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。

Midas Investments創始人推出了新的DeFi金融平臺Locus Finance:金色財經報道，已關閉的托管加密投資平臺Midas Investments的創始人Iakov Levin推出了一個新的DeFi金融平臺Locus Finance。Locus Finance在一份聲明中表示，Locus最初將提供三種基于以太坊質押、DeFi增長和Arbitrum交易的收益產品。

Midas Investments成立于2018年，在2021年的鼎盛時期積累了超過2.5億美元的管理資產。2022Midas 損失了超過5000萬美元。

同年12月，Levin宣布關閉Midas Investments。[2023/7/24 15:55:36]

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。

安全團隊：Midas Capital攻擊者將400枚BNB存入Tornado Cash:6月18日消息，據CertiK Alert監測，Midas Capital攻擊者將盜取資金存入Tornado Cash，共有400枚BNB被存入該平臺，其他一些收益被橋接至以太坊。

今日早些時候消息，據派盾檢測，Midas Capital遭到黑客攻擊，造成損失超過60萬美元，原因是其借貸協議中的整數取舍問題（源自知名的Compound Finance v2代碼庫的分叉）遭到利用，同樣的情況在之前Hundred Finance被攻擊的事件中也被利用過。[2023/6/18 21:44:55]

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。

美國鎢企Midwest Tungsten Service周五將在OpenSea上拍賣鎢立方體NFT:10月22日消息，美國鎢企Midwest Tungsten Service正在拍賣一個與該公司有史以來最大的鎢立方體相連的NFT。這個鎢立方體長約14英寸，重約1784磅。OpenSea的競標將于周五開始，根據OpenSea的介紹，該NFT授予其持有者每年一次的超密度立方體訪問權。（Coindesk）[2021/10/22 20:49:38]

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。

Moritz Schmidt：希望BTC在未來被取締:據livebitcoinnews消息，德國軟件開發者莫里茨·施密特（Moritz Schmidt）最近表示，當他了解到比特幣在能源環境方面的破壞性時，使他充滿了恐懼和擔憂。盡管他從比特幣上賺了很多，但他現在越來越不在乎比特幣，并認為，實際上，將需要禁止比特幣。Moritz Schmidt說，我一直在等待合適的機會捐款。之前消息，他曾向倡導環保的德國綠黨捐款約120萬美元。[2021/5/2 21:17:19]

條件指令

Choose

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:

身份層解決方案OpenID Connect正式連接到AntumID上:最近，身份層解決方案OpenID Connect被正式連接到AntumID上，這是一個與DigiByte區塊鏈網絡的實際應用相關的重大發展。通過此次集成，現在可以在任何網站上使用該解決方案。值得注意的是，AntumID官方推特還補充稱，該項目的第一個概念驗證也進行得很順利，很快將可能通過OpenAntumID登錄Facebook或谷歌。（BTCManager）[2020/11/1 11:22:39]

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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