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撰文：Bryan乐鱼色碟, IOSG Ventures

最近有传言称，著名体育明星XXX将和YYY合作开展一项新的博彩项目，这一消息已经引起了广泛关注和猜测。

往常的 2022 年对于 rollup 主要的接头焦点似乎齐伙同在 ZkEVM，但是别健忘 ZkVM 亦然另一种扩容技能。固然 ZkEVM 并不是本文的要点，但是值赢得味一下 ZkVM 与 ZkEVM 之间的的几个维度的不同之处:

兼容性：固然齐是扩容，但是侧要点并不同，ZkEVM 的侧要点在于径直终了与现存 EVM 的兼容，而 ZkVM 的定位在于终了统统的扩容，也即是将 dapp 的逻辑以及性能进步到最优，兼容性并不是首要的。底层搭好了，EVM 兼容也不错终了。性能：两者齐有比较不错猜想的性能方面的瓶颈，ZkEVM 主要瓶颈在于兼容 EVM 这么一个并不顺应封装在 ZK 解释系统时产生的弥散老本。ZkVM 的瓶颈在于因为引入了提示集 ISA,导致最终输出的看守更复杂。诞生者体验：Type II ZkEVM ( 如 Scroll, Taiko) 主打的是对于 EVM Bytecode 的兼容，换句话说即是 Bytecode 级别偏激以上的 EVM 代码齐不错通过 ZkEVM 产生对应的零学问解释。对于 ZkVM 来说，有两个主义，一个主义是作念我方的 DSL( 如 Cairo), 另一个则是规划兼容现存的比较熟习的谈话如 C++/Rust（如 Risc0)。改日咱们瞻望原生的 solidity 以太坊诞生者会不错无老本搬动至 ZkEVM，而更新更遒劲的应用则会跑在 ZkVM 上。

好多东说念主应该还铭刻这张图，CairoVM 事不关己游离于 ZkEVM 派别战斗的实质原因是想象念念想的不同

在接头 ZkVM 之前，咱们最先念念考的是如安在区块链中终了 ZK 解释系统。大要上，有两种秩序终了电路 - 基于电路的系统 (circuit based) 以及基于虚构机的系统 (vm-based)。

最先，基于电路的系统的功能是将圭臬 (program) 径直飘零为看守条目 (constraints) 并送入解释系统 (proving system)；基于虚构机的系统通过提示集 (ISA) 实践圭臬，在此过程中产生实践轨迹 (execution trace)。这个实践轨迹之后会被映射成看守条目，然后被送入解释系统。

对于一个基于电路的系统，圭臬的计较由实践圭臬的每台机器 (machine) 进行看守。而对于基于虚构机的系统，ISA 被镶嵌到电路产生器 (circuit generator) 中，并产生圭臬的看守 (constraints)，同期电路产生器有提示集、运行周期、内存等等戒指。虚构机提供了通用性，即任何机器齐不错运行一个圭臬，唯有该圭臬的运行条目在上述戒指边界内。

在虚构机中一个 zkp 圭臬大要履历如下的过程：

图片来源: Bryan, IOSG Ventures

优污点:

从诞生者 (developer) 的角度来看，在基于电路的系统中诞生频繁需要对每个看守条目的老本有深刻的了解。关联词，对于编写虚构机圭臬来说，电路是静态的，诞生者需要更关爱的是提示 (instructions)。从考证者 (verifier) 的角度来看，假定使用沟通的纯 SNARK 当作后端，基于电路的系统和虚构机在电路的通用性方面有很大的不同。电路系统对每个圭臬产生不同的电路，而虚构机对不同圭臬产生沟通的电路。这意味着，在一个 rollup 中，电路系统需要在 L1 上部署多个考证合约 (verifier contract)。从应用 (application) 的角度来看，虚构机通过将内存模子 (memory) 镶嵌到想象中，使应用圭臬的逻辑愈加复杂，而使用电路系统的目的是为了提高圭臬的性能。从系统复杂性 (complexity) 的角度来看，虚构机将更多的复杂性纳入系统，如内存模子、主机 (host) 和客户 (guest) 之间的通讯等，比较之下电路系统更纯粹。

以下是咫尺 L1/L2 中基于电路和基于虚构机的不同的神情预览:

图片来源: Bryan, IOSG Ventures

体育产业趋势虚构机的想象原则

在虚构机中，有两个舛误的想象原则。最先，确保圭臬被正照实践。换句话说，输出 (output)（即看守条目 constraint）与输入 (input)（即圭臬 program）应当正确匹配。一般这是通过 ISA 提示集完成的。其次，确保编译器 (compiler) 在从高档谈话调养为顺应的看守花样时能正确责任。

1. ISA 提示集

规章了电路产生器的责任形式。它的主要包袱是将提示 (instructions) 正确地映射到看守条目 (constraint) 中，这些看守条目随后被送入解释系统 (proving system)。zk 系统使用的齐是 RISC( 精简提示集 )。有两种 ISA 的选拔：

第一种是自建一个自界说的 ISA(custom ISA)，这在 Cairo 的想象中不错看到。一般来说，有如下四种类型的看守逻辑。

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自界说 ISA 的基本想象要点是确保看守条目尽可能少，从而使圭臬的实践和考证齐能快速运行。

第二种是诳骗现存的 ISA(existing ISA)，这在 Risc0 的想象中被摄取。除了以纯粹的实践时刻为规划外，现存的 ISA（如 Risc-V）还提供了特别的公正，如对前端谈话 (front-end language) 和后端硬件 (backend hardware) 友好。一个（有待处治的可能）问题是，现存的 ISA 会不会在考证时刻上有所过时（因为考证时刻并不是 Risc-V 的主要想象追求。

2. 编译器 (Compiler)

粗俗地来说，编译器会逐渐将编程谈话翻译成机器代码。在 ZK 的环境下，它指的是使用 C、C++、Rust 等高档谈话编译成看守系统（R1CS、QAP、AIR 等.）的初级代码暗示。有两种秩序，

iba娱乐直营网想象一个基于现存 zk 电路暗示 (existing circuit representations) 的编译器 -- 比如说在 ZK 中，电路阐明体式从 Bellman 这么的不错径直调用的库 (library) 和 Circom 这么的初级谈话初始。为了团聚不同的阐明体式，Zokrates 这么的编译器（身亦然一个 DSL）旨在提供一个空洞层，不错编译成纵情的更初级阐明体式。基于（现存的）编译器基础设施 (compiler infrastructure) 来构建。基本逻辑是诳骗一个针对多个前端和后端的中间阐明体式 (intermediate representation)。

Risc0 的编译器是基于 multi-level intermediate representation（MLIR），不错生成多个 IR（近似于 LLVM）。不同的 IR 给诞生者带来了活泼性，因为不同的 IR 有各自的想象要点，举例其中有一些的优化是专门针对硬件，是以诞生者不错凭据我方的意愿进行选拔。近似的见识在使用 GCC 的 vnTinyRAM 和 TinyRAM 中也不错看到。ZkSync 亦然另一个诳骗编译器基础设施的例子。

此外，你还不错看到一些针对 zk 的编译器基础设施，如 CirC，它也借用了 LLVM 的一些想象理念。

除了上述两个最舛误的想象花样外乐鱼色碟，还有一些其他的接洽成分：

1.系统的安全性 (security) 和考证的老本 (verifier cost) 之间的衡量

系统使用的比特数越高（即安全性越高），意味着考证的老本越高。安全性响应在密钥生成器（比如在 SNARK 中代表椭圆弧线）。

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2.与前端和后端的兼容性 (compatibility)

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兼容性取决于为电路的中间暗示 (intermediate representation) 的有用性。IR 需要在正确性（圭臬的输出是否与输入相匹配 + 输出是否合适解释系统）和活泼性（撑捏多种前端和后端）之间取得了均衡。如果 IR 最先是为处治像 R1CS 这么的低度 (low-degree) 看守系统而想象的，那么与其他更高档别 (high-degree) 的看守系统如 AIR 的兼容就很难。

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3.为提高后果需要手工制作 (hand-crafted) 电路

使用通用模子 (general purpose) 的污点是，对于一些不需要复杂提示的浅薄操作，后来果较低。

简述一下先前的一些表面，

Pinocchio 条约之前: 终显著可考证的计较，但考证时刻至极慢Pinocchio 条约: 在可考证性和考证告捷率方面提供了表面上的可行性（即考证的时刻比实践圭臬的时刻短），是基于电路的系统TinyRAM 条约: 相对于 Pinocchio 条约，TinyRAM 更像一个虚构机，引入了 ISA，因此解脱了一些戒指，如内存拜访 (RAM)、胁制流 (conttrol flow) 等vnTinyRAM 条约: 使得密钥生成 (key generation) 并不取决每个圭臬，提供了特别的通用性。扩张电路产生器，即能够处理更大的圭臬。

上述模子齐以 SNARK 当作后来端解释系统，但曲直凡是在处理虚构机时，STARK 和 Plonk 似乎是一个更合适的后端，从根底上说是由于其看守系统更顺应于终了 cpu 相似的逻辑。

接下来，本文会先容三个基于 STARK 的虚构机 - Risc0, MidenVM, CairoVM。简而言之，除了齐以 STARK 当作解释系统外，它们各自有一些不同:

www.coronacasinos888.comRisc0 诳骗 Risc-V 来终了提示集的纯粹性。R0 在 MLIR 进行编译，这是 LLVM-IR 的一个变种，旨在撑捏多种现存的通用编程谈话，如 Rust、C++。Risc-V 还有一些特别的公正，比如对于硬件较为友好。Miden 的规划是与以太坊虚构机（EVM）兼容，实质上是 EVM 的 rollup。Miden 当今有我方的编程谈话，但也悉力于在改日撑捏 Move。Cairo VM 是由 Starkware 诞生的。这三个系统所使用的 STARK 解释系统是由 Eli Ben-Sasson 发明的，咫尺 Starkware 的总裁。

让咱们更深刻地了解它们的分裂：

* 若何读懂上头的表格？一些注解...Word size（字长） - 由于这些虚构机所基于的看守系统是 AIR，其功能与 CPU 架构近似。是以选拔 CPU 字长（32/64 位）比较合适。Memory access（内存读取）- Risc0 使用寄存器 (register) 的原因主淌若 Risc-V 提示集是基于寄存器的。Miden 主要使用堆栈 (stack) 来存储数据，因为 AIR 的功能与堆栈近似。CairoVM 莫得使用通用寄存器 (general-purpose register)，因为 Cairo 模子中的内存拜访 (main memory) 老本较低。Program feed（圭臬实践）- 不同秩序是有选定的。举例，对于 mast root 秩序来说，它需要在处理提示时进行解码，因此在实践花样较多的圭臬中下解释者的老本较高。Bootloading 秩序试图在保捏狡饰的同期在解释者老本和考证者的老本之间取得均衡。Non-determinism（非细目性）- 非细目性是 NP-complete 问题的一个庞杂属性。诳骗非细目性有助于快速考证往常的实践。反过来说，它增多了更多的看守条目，因此在考证方面会有一些和谐。Acceleration on complex operations（复杂运算的加快）- 有些计较在 CPU 上运行很慢。举例，位操作，如 XOR 和 AND，哈希圭臬 (hash program)，如 ECDSA，还有边界检查 (range-check)......大多是区块链 / 加密时刻的原生但不是 CPU 原生的运算（除了位操作）。径直通过 DSL 来终了这些运算会很容易导致解释的周期 (cycle) 消耗。Permutation/multiset ( 罗列 / 多列组合 ) - 在大多数 zkVM 中多量使用，有两个目的 --1.通过减少存储圆善的实践轨迹 (execution trace) 来缩小考证者的老本 2.解释考证者知说念圆善的实践轨迹

著述临了笔者想谈谈 Risc0 咫尺的发展以偏激让我欢腾的原因。

R0 咫尺的发展:

a.自研的「Zirgen」的编译器基础设施正在诞生中。将 Zirgen 与一些现存的 zk 专用编译器的性能进行比较会很意旨。

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b.一些很挑升念念的的改造，如 field extension，不错终了更坚实的安全参数以及在更大的整数上进行操作。

c.见证了在 ZK 硬件和 ZK 软件公司之间的整合中看到的挑战，Risc0 使用了一个硬件空洞层，以便在硬件方面进行更好的诞生。

d.Still a work-in-progress! 还在诞生中！

撑捏手工制作的电路 (hand-crafted circuits)，撑捏多种哈希算法。咫尺，专用的 SHA256 电路已终了，关联词还不成平静所有的需求。笔者肯定具体选拔优化哪类电路取决于 Risc0 所提供的用例 (use case)。SHA256 是一个至极好的开头。另一方面，ZKVM 的定位给东说念主以活泼性，举例，唯有他们不想，就无谓去管 Keccak :)递归 (recursion)：这是一个很大的话题，笔者倾向于不在该阐发进行深刻规划。需要知说念的是，跟着 Risc0 倾向于撑捏更复杂的用例 / 圭臬，更盘曲地需要递归。为了进一步撑捏递归，他们咫尺正在规齐所有硬件端的 GPU 加快决议。处理非细目性 (non-determinism)：这是 ZKVM 必须处理的一个属性，而传统的虚构机是莫得这个问题的。非细目性不错匡助虚构机实践得更快。MLIR 相对更擅所长理传统虚构机方面的问题，而 Risc0 若何将非细目性镶嵌到 ZKVM 系统想象中值得期待。

WHAT EXCITES ME:

a.浅薄且可考证！

在散播式系统中，PoW 需要高水平的冗余，因为东说念主们不信任他东说念主，因此需要重迭实践沟通的计较来达成共鸣。而通过诳骗零学问解释，气象的终了应该和甘愿 1+1=2 相似容易。

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b.更多更施行的用例：

除了最径直的扩容外，更多挑升念念的用例将变得可行，比如零学问机器学习、数据分析等。比较于 Cairo 这么的特定的 ZK 谈话，Rust/C++ 的功能更普适且更遒劲，更多 web2 的用例跑在 Risc0 VM 上。

c.更具包容性 / 熟习的诞生者社区:

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对 STARK 和区块链感敬爱的诞生者无谓再重新学习 DSL，使用 Rust/C++ 即可。

感谢 Xin Gao、p0xeidon 的 Boyuan、Taiko 的 Daniel 以及 Sin7Y 对本文的撑捏和修改提议！乐鱼色碟