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news 2025/7/11 3:48:37

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1. 计算类型

Programs程序有2种类型：

1）Circuit电路：即，程序即电路。将程序转换为电路。
2）Virtual machine虚拟机：即，程序为电路的输入。【Miden VM属于此类型】

2. 何为ZK virtual machine？

常规虚拟机为：

输入有：
- 初始状态
- 待执行程序
输出有：
- 基于初始状态，执行完该程序后的最终状态。

Zero-Knowledge（ZK）虚拟机为：

输入有：
- 初始状态
- 待执行程序：可为公开输入，也可为隐私输入。
- witness（可选项，用作private input）
输出有：
- 基于初始状态，执行完该程序后的最终状态。
- 相应的proof

使用ZK虚拟机的好处在于：

1）易于使用：无需学习密码学知识和ZKP系统知识。
2）通用性：图灵完备的ZK虚拟机，可为任意计算生成proofs。
3）简单性：单个（相对）简单约束集合，可描述整个虚拟机。
4）递归性：proof验证流程，可看成是执行在虚拟机上的另一程序。

ZK虚拟机的缺点在于：

1）特殊的计算结构：并非所有的ZKP证明系统都可用于构建ZK虚拟机。如具有很多重复的结构，对于R1CS证明系统来说并不容易死。
- 但对STARKs（AIR算术化➕FRI）证明系统来说，这不是问题。
2）性能：专门定制的特殊电路可能会更快，特别是对于简单计算。【虚拟机模式有很多额外的开销，如对程序解码、对内存的随机访问等。对于简单计算来说，这些额外开销可能会超过实际电路。】
- 不过，可在ZK虚拟机内部使用这种专门定制的特殊电路。

3. Polygon Miden VM架构

Polygon Miden VM设计时，做了如下选择：

1）ZKP系统：为 STARKs ➕ multiset checks：快速且完美匹配机器计算。
2）Prover：为 Winterfell：为以Rust编写的通用STARK prover。
3）Field：为 Goldilocks域 $2^{64}-2^{32}+1$ ：快速且完美匹配32位整数运算。
4）Instruction Set指令集：为定制指令集架构：基于Stack的、针对ZK优化的指令集架构，基于MAST的programs。

3.1 Polygon Miden VM组件

Polygon Miden VM 关键组件有：

Stack
Memory
Bus
Chiplets：专门定制的特殊电路。
Advice provider

Chiplets为专门定制的特殊电路，当前有如下类型的chiplets：

1）Range checks：
- 16-bit range checks：Miden VM的内存会大量使用16-bit range checks，用于做32位运算，如将某域元素分解为2个32位value等。
2）Rescue hash：
- 2-to-1 hashes
- Linear hashes
- Merkle paths
3）Bitwise operations：
- 基于32位值的bitwise AND、XOR。