RAM:Sin7y团队解读：深入理解 TinyRAM

TinyRAM是由大名鼎鼎的BCTGTV五人组(EliBen-Sasson,AlessandroChiesa,DanielGenkin,EranTromer,MadarsVirza)和SCIPR实验室提出的一种随机访问器架构，旨在成为表达非确定性计算证明性的便捷工具。具体来说，TinyRAM是一种精简指令集计算机(RISC)，具有字节级可寻址的随机存取存储器。它在“拥有足够表达能力”和“足够简约”这两个对立面之间取得平衡：

?当从高级编程语言编译时，有足够的表达能力来支持简短高效的汇编代码，以及

?小指令集，指令通过运算电路简单验证，利用SCIPR的算法和密码机制实现高效验证。

架构

TinyRAM由两个整数参数化：字长W，需要是2的幂且可以被8整除(这点和现代计算机一样，如32，64)，以及寄存器的数量K。一般用TinyRAM(W,K)来表示，机器的状态包括以下内容：

1.程序计数器pc(programcounter)，由W个bit组成。

2.K个通用寄存器，以r0,r1,...,r(K-1)表示，每个寄存器都是W个bit。

3.条件标志flag，由一个bit组成。

4.内存，2^W个字节的线性数组，使用小端约定排列字节。

5.2个磁带(tape)，每个包含一串Wbit的字。每个磁带都是单向只读的。其中，一个磁带是用于公开输入x，另一个用于私有输入w。其实就是TinyRAM的输入载体。

孙宇晨：很高兴看到波场TRON与Nansen达成合作:5月26日消息，波场TRON创始人、火必Huobi全球顾问委员会成员孙宇晨发推表示，很高兴看到波场TRON与Nansen达成合作。

近日，波场TRON与领先的区块链数据提供商Nansen达成合作。Nansen是国际知名区块链分析平台，为加密货币投资者和团队提供丰富的区块链数据、分析、研究和投资组合跟踪服务。通过将波场TRON整合到Nansen的管理和查询解决方案中，用户现可访问丰富的数据，并获得对波场TRON强大生态系统更深入的分析。[2023/5/26 9:43:38]

TinyRAM机的输入是2个磁带以及内存，输出是answer指令，该指令有一个参数A，代表返回值，A=0表示接受。也可以使用该指令终止执行程序。

TinyRAM根据执行指令的位置不同有两种变体：一种变体遵循哈佛架构，另一种遵循冯诺依曼架构。前一种架构的数据和程序存放在不同的地址空间中，且程序是只读的；后一种架构数据和程序存放在同一个可读写的地址空间中。具体用图表的方式来表示这两者的区别：

Cronos Labs启动第二批1亿美元加速器计划以推进Web3 dApp开发:1月31日消息，Cronos 生态系统发展的区块链创业加速器 Cronos Labs 宣布开放第二批 Cronos 加速器计划，该加速器计划规模为 1 亿美元。

据悉，第二批为期三个月的加速器计划将于 2023 年 4 月 24 日开始，申请截止日期为 2023 年 3 月 24 日，主要专注于 DeFi、GameFi、SocialFi 和基础设施等加密垂直领域，选中项目可以获得 3 万美元的 pre-seed 投资，并有机会获得后续 30 万美元的种子轮融资，以及参加指导会议、定制大师班和与行业专家的炉边谈话。[2023/1/31 11:39:07]

以下两个架构的图示：

在开始更详细的TinyRAM设计细节之前，我们以官方白皮书的例子说明，TinyRAM是如何做到既简洁又全面，能够满足非确定性的计算问题的。

Binance启动“全球执法培训项目”以打击加密资产犯罪:9月28日消息，Binance宣布启动“全球执法培训项目”。该项目是业内首个全球性项目，主要帮助执法机构和检察官识别金融和网络犯罪，并协助对恶意行为者提起公诉。培训项目由Binance调查团队领导者主导，培训师由安全专家、前执法机构人员组成，包括曾参与破获Silkroad、Hydra等全球最大加密资产犯罪团伙的世界知名专家。过去一年，Binance调查团队和来自阿根廷、巴西、加拿大、法国、德国、以色列、荷兰、菲律宾、瑞典、韩国、英国等多个国家的执法机构共同参与了超过30个打击网络和金融犯罪工作坊。[2022/9/28 5:55:55]

意义

Alice拥有x，Bob拥有w。Alice想知道算法A(x,w)的计算结果的正确性，但是不想自己计算。这样的场景，在零知识证明系统中非常常见，有证明者和验证者，验证者想知道证明者提供的证据的正确性，但不必自己重新计算一次。TinyRAM架构就满足这样的场景，两个磁带可以传入私有输入w和公开输入x，证明计算和验证程序在其中执行。SCIPR实验室实现的libsnark库中，已实现了TinyRAM。具体参见：https://github.com/scipr-lab/libsnark.

前OCC代理署长推测SEC和Ripple最终或就诉讼案达成和解:8月22日消息，前OCC代理署长Brian Brooks对SEC与Ripple诉讼案的最终可能结果进行预测。他认为，即使法官最终决定Ripple是否在2013年违反证券法，但双方可能会就此事达成一致。SEC声称，Ripple在2013年的ICO违反美国证券监管规定。

Brooks补充说，如果双方达成和解，将允许投资者继续在美国交易XRP。他还表示，双方将试图根据2013年XRP代币分配情况来解决这一问题。Brooks解释说，资产在特定时间的性质以及分配是不同的。

他认为争论的焦点将集中在2013年XRP代币的分配上。当时XRP代币的分配将决定XRP是否是一种证券。这是法院作出判决的基础。XRP如今是否仍然是一种证券是不确定的。根据美国SEC的说法，资产的性质会随着时间的推移而改变，因为它们实现了去中心化和实用性。他进一步表示，双方将根据2013年代币的分配情况达成一致。（Crypto News Flash）[2022/8/22 12:41:18]

以CircuitGenerator为例，C程序经过编译器之后，编译成TinyRAM的程序，再经过CircuitGenerator之后，生成电路，最后得到zkSNARK电路。

印度加密行业计划成立新的独立协会，以与政府就政策进行联系:7月19日消息，印度加密货币行业正在寻求创建一个独立的协会，与政府就政策进行联系，并与相关利益相关者强调问题。

据Economic Times报道，主要利益相关者已经参与了初步谈判，但该协会预计不会立即成立。

近日消息，据三位知情人士透露，代表印度加密生态系统利益的政策机构区块链和加密资产委员会（BACC）已被印度互联网和移动协会（IAMAI）解散。知情人士表示，该决定是由IAMAI做出的，是其在与行业利益相关者和加密货币交易所代表举行的视频电话会议中宣布的“集体决定”，而并未与BACC讨论。（Forkast）[2022/7/19 2:22:42]

指令

TinyRAM支持29个指令，每条指令都通过1个操作码和最多3个操作数指定。操作数可以是寄存器名称或者立即数。除非另有说明，否则每条指令都不会修改flag，且将pc增加i，对于哈佛架构来说，i=1，对于冯诺依曼架构来说，i=2W/8。通常，第一个操作数是指令执行计算的目标寄存器，其他操作指定指令的参数。最后，所有指令都需要机器的一个周期来执行。

指令包含几种类型，指令名称和intelx86汇编指令类似，可顾名思义。

●?位操作指令：

?and

?or

?xor

?not

●?整数操作指令：

?add

?sub

?mull

?umulh

?smulh

?udiv

?umod

●?shift操作指令：

?shl

?shr

●?比较操作指令

?cmpe

?cmpa

?cmpae

?cmpg

?cmpge

●?move操作指令

?mov

?cmov

●?jump操作指令

?jmp

?cjmp

?cnjmp

●?内存操作指令

?store.b

?load.b

?store.w

?load.w

●?输入操作指令：

?read

●?输出操作指令:

?answer

汇编语言

TinyRAM的程序是由TinyRAM汇编语言编写的，这个语言受Intelx86汇编语言语法启发。程序是包含多行TinyRAM汇编代码的文本文件。程序按照哈佛架构还是冯诺依曼架构的不同，第一行包含的字符串也不同：

??哈佛架构

“;TinyRAMV=2.000M=hvW=WK=K”

??冯诺依曼架构

“;TinyRAMV=2.000M=vnW=WK=K”

其中，W是十进制表示的字长，K是十进制表示的寄存器数量。程序文件中，其他每一行依次包含的内容需要满足：

1.可选的空格。

2.可选的label，用于定义为引用其后的第一条指令。

3.可选的指令，由指令助记符，以及后面的操作数。

4.可选的空格。

5.可选的以分号;开始的注释，到该行尾结束。

一个程序中，最多可以有2^W个指令。一个label只能定义一次，有点像高级语言中的变量。

示例代码(https://github.com/scipr-lab/libsnark/blob/master/tinyram_examples/answer0/answer0.s)

为了满足计算的需要，提高电路可满足性的效率，TinyRAM增加了前导语。如果一个TinyRAM的程序以前导语的方式启动，则说明该程序是个合适的程序。

上述的前导语：

??对于哈佛架构来说，I(i)=1*i，并且inc=1

??对于冯诺依曼架构来说，I(i)=2W/8*i，并且inc=W/8

前面的示例代码，也遵循这样的前导语写法。

两种架构的性能对比

TinyRAM的两种架构，其设计区别在前面的“架构”部分介绍了，此处对比两种架构的性能。

第一个图表展示两种架构产生的门数量。

l是指令数量，n是输入大小，T是执行步数。

可以看出，前者的门数量和指令数量呈线性增加。后者改善很大，指令越多，改善的越大。

第二个图表展示两种架构在不同字长的曲线下，生成Keygenerator/prover/verifier的时间及proof大小。

可以看出，在80bit时，冯诺依曼架构相较于哈佛架构有较大提升，在128bit时，也有少许提升。

由上述表格数据可以看出，冯诺依曼架构的效率更高，这也是为什么冯依诺曼架构TinyRAM是后来在哈佛架构TinyRAM的基础上提出的。

总结

我们讲了TinyRAM的架构，设计，汇编指令等，介绍了它的优势：可以用来便捷的进行非确定性计算。尤其在零知识证明系统中，有更多的发挥空间。最后介绍了两种TinyRAM架构的性能对比，在生成的门数量和时间以及proof大小上，冯诺依曼架构都更胜一筹。

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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来源：金色财经

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