TIN:Sin7y團隊解讀：深入理解 TinyRAM_Valentine Doge

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。

前NBA球星Baron Davis擬創建NFT攝影和視頻版權管理平臺SLiC Images:金色財經報道，前 NBA 球星和科技企業家 Baron Davis 計劃創建一個由 NFT 技術支持的攝影和視頻版權管理平臺 SLiC Images，將允許創作者使用獨特的數字簽名代幣化他們的作品，并通過透明的招標過程在明確規定的時間范圍內將其許可用于商業用途。SLiC Images 已獲得 NEAR 生態 NFT 基礎設施 Mintbase 提供的 25 萬美元贈款。[2023/2/21 12:19:49]

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：

信標鏈ETH2合約地址質押數突破1647萬枚ETH:金色財經報道，鏈上數據監測，當前信標鏈ETH2合約地址質押存款超1647萬枚ETH，近一周增長超10萬枚ETH。當前信標鏈活躍驗證者數超51萬。[2023/2/7 11:51:44]

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.

摩根士丹利：加密貨幣交易產品市場在熊市持續增長:10月7日消息，摩根士丹利周四在一份研究報告中表示，加密貨幣交易產品市場繼續增長，這表明盡管擔心加密市場熊市，但機構對數字資產部門的興趣依然濃厚。有 180 多個活躍的加密交易平臺交易基金 (ETF)、交易平臺交易產品 (ETP) 和信托，盡管總資產從 840 億美元下降了 70% 至 240 億美元，但這些產品中有一半是自比特幣熊市以來推出的。

報告補充說，加密貨幣交易產品市場將繼續增長，熊市并沒有阻止資產管理公司和金融公司為其客戶提供獲取數字資產的途徑。未來幾個季度將在全球推出更多加密交易平臺交易產品，雖然重點仍將放在比特幣（BTC）上，但新產品可能會涵蓋大量加密資產和主題。（CoinDesk）[2022/10/7 18:42:03]

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。

《時代》雜志已從NFT領域獲取超1000萬美元利潤:10月4日消息，《時代》雜志總裁Keith Grossman在Mainnet 2022大會期間接受采訪時透露，這家媒體公司已經從NFT領域獲得了超過1000萬美元的利潤。

Keith Grossman自稱是一個“喜歡科技的笨蛋”并于2021年9月引入NFT，此后發布了5個NFT集合還與說唱歌手Timbaland合作，他不僅將NFT視為一個商機，還認為meme與NFT之間存在許多相似之處，而《時代》雜志封面就是一個模擬meme。（Decrypt）[2022/10/4 18:39:20]

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

?umod

●?shift操作指令：

?shl

?shr

●?比較操作指令

?cmpe

跨境支付巨頭速匯金計劃推出基于Stellar的穩定幣匯款平臺:5月30日消息，跨境支付巨頭速匯金（MoneyGram）正試圖擴大數字貨幣的采用，計劃將推出基于Stellar的穩定幣匯款平臺。據悉，速匯金正準備與Stellar區塊鏈合作推出一項服務，該服務將支持用戶進行穩定幣匯款及穩定幣與硬通貨之間的兌換。一旦該服務全面啟動，在Stellar區塊鏈上擁有數字錢包的用戶將能夠將其持有的資產轉換為Circle網絡金融的USDC穩定幣，然后可以通過速匯金的網絡兌現。

報道稱，速匯金與Stellar的新服務也有助于在新興市場推廣加密貨幣的使用。根據世界銀行的數據，去年向低收入和中等收入國家的匯款增至5890億美元，預計今年還會增加。對于去年將比特幣作為法定貨幣的薩爾瓦多等國家來說，匯款占國內生產總值的20%以上。

此前去年10月份消息，MoneyGram聯合Stellar與USDC共建加密貨幣支付。（彭博社）[2022/5/30 3:49:38]

?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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