RAM:Sin7y團隊解讀：深入理解 TinyRAM

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。

安全公司：被盜的BAYC#6396在Blur上以67.99ETH的價格售出:金色財經報道，PeckShield Alert發推表示，被盜的BAYC#6396在Blur上以67.99ETH的價格售出。[2023/2/23 12:24:20]

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：

Sui Network宣布Testnet Wave 2活動已結束:2月17日消息，公鏈項目 Sui Network 宣布結束 Testnet Wave 2 活動，并關閉游戲 Frenemies，并表示隨后將發布更多 Wave 2 活動期間的相關總結。[2023/2/17 12:12:34]

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.

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。

美SEC主席：質押即服務提供商必須注冊，并提供信息披露和投資者保護:金色財經報道，針對對Kraken的3000萬美元處罰，美國證券交易委員會（SEC）主席Gary Gensler表示，\"無論是通過抵押即服務、借貸還是其他方式，加密貨幣中介機構在提供投資合同以換取投資者的代幣時，都需要提供我們的證券法所要求的適當披露和保障措施，\"SEC主席Gary Gensler補充說。\"今天的行動應該向市場表明，擔保即服務提供者必須注冊并提供全面、公平和真實的信息披露和投資者保護。\"

此前消息，美國證券交易委員會(SEC)宣布，加密交易所Kraken將“立即”結束向美國客戶提供的加密質押服務，并將向SEC支付3000萬美元罰款，以解決其提供未注冊證券的指控。[2023/2/10 11:58:07]

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。

美國銀行：以太坊的合并可能會導致更多機構采用以太坊:金色財經報道，美國銀行（BAC）周五在一份研究報告中表示，合并后能源消耗的顯著減少可能允許一些機構投資者首次購買ETH。分析師Alkesh Shah 和 Andrew 表示：作為驗證者或通過質押服務而不是在區塊鏈借貸應用程序上質押 ETH 并產生更高質量收益（更低的信用和流動性風險）的能力也可能推動機構采用。

美國銀行表示，更高質量的收益也對去中心化應用程序（Dapp）的 Web3 生態系統產生影響。諸如 Nexus Mutual 之類的去中心化保險協議需要為其準備金產生回報，以使其成為傳統保險公司的可行替代方案。保險公司通常將其準備金投資于企業和政府債務，但在數字資產生態系統中很難找到具有類似風險和回報特征的工具。它補充說，在以太坊上進行質押可能是最接近的選擇。[2022/9/12 13:24:43]

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：

?and

?or

?xor

?not

●?整數操作指令：

?add

?sub

?mull

?umulh

?smulh

?udiv

香港亞銀金融集團與Red Hare Analytics擬成立合資企業，申請NFT衍生品許可證:7月16日消息，香港亞銀金融集團（BOA Financial Group）已宣布與NFT分析公司Red Hare Analytics達成合作，Red Hare Analytics主要提供NFT指數、NFT相關分析、NFT數據API、NFT相關技術開發和NFT孵化等產品和服務，雙方將共同探索NFT領域的更多商機并共同成立一家合資企業。據悉，這家新公司將在英屬維爾京群島申請NFT衍生品許可證。此外，香港亞銀金融集團還計劃在亞洲銀行等金融機構和其他指定平臺上運行Red Hare NFT指數。（InsideBitcoins）[2022/7/16 2:17:13]

?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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