詳解OlaVM-ODAILY_PRO

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。。。

數據：Ordinals市場交易總額突破2億美元，過去一個月翻一倍:金色財經報道，據Dune Analytics最新數據顯示，Ordinals市場交易總額已突破2億美元，本文撰寫時達到203,658,862美元，獨立交易用戶量達到 123,862個，交易量為441,045筆。數據顯示，當前交易額最大的 Ordinals 市場為 Unisat，其次是Magic Eden和Ordinals Wallet。歷史數據顯示，Ordinals市場交易總額于5月11日突破1億美元關口，這意味著過去一個月該指標值已翻一番，此前獨立交易用戶量增長也超過了一倍。[2023/6/12 21:32:23]

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：

被黑客攻擊的Vanity Address從Arbitrum空投中竊取50萬美元:3月24日消息，被黑的Vanity Address已被用于從Arbitrum的空投中竊取價值 500,000 美元的代幣。Vanity Address是一種定制的加密貨幣地址，其中包含用戶選擇的特定單詞或短語，目的是使它們更加個性化和易于識別。但是，缺點包括可能被黑客攻擊的安全風險。

該推文解釋說，代幣被某人竊取，該人編譯了有資格接收 ARB 代幣的Vanity Address，使用Vanity Address生成器生成了類似的地址，并將空投的代幣定向到它們。對這些Vanity Address的黑客攻擊使得原始所有者無法索取他們的 ARB 代幣。（Cointelegraph）[2023/3/24 13:24:39]

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。

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。

Twitter已開始測試添加Twitter Coins功能:2月23日消息，Twitter用戶“Tree of Alpha”發推表示，Twitter已開始測試添加Twitter Coins功能，目前在測試環境中可通過Stripe購買Coins。該用戶表示，需要將代碼中的每個可選值從false替換為true，以啟用Twitter的每個可選功能，并將環境更改為Live，然后顯示在菜單下的Coins，之后可以參與測試。[2023/2/23 12:23:59]

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)

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

GRAIL短時突破2870美元，創歷史新高:2月13日消息，據Coingecko數據顯示，Camelot Token(GRAIL) 短時突破2870美元，創歷史新高。現報價2,861.69美元，24小時漲幅達19.4%。

據悉，Camelot是Arbitrum生態去中心化交易平臺。[2023/2/13 12:03:47]

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。

推特CEO：對垃圾郵件賬戶進行外部評估是不可能的:5月17日消息，推特CEO表示，跟馬斯克大概描述了垃圾郵件的捕獲過程，但對垃圾郵件賬戶進行外部評估是不可能的。公司內部對過去四個季度垃圾郵件賬戶占比的估計為“遠低于5%”。

此前消息，伊隆·馬斯克在社交媒體上表示，如果能夠順利完成對推特的收購，他將致力于徹底解決平臺上存在的垃圾郵件機器人問題，并且要對所有賬戶進行真人驗證。（金十）[2022/5/17 3:20:20]

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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