简介
Tinyram是一个简单的RISC随机存取机器，具有字节寻址的random-accessmemory和inputtapes。TinyRAM有两个变体：一个遵循哈佛架构，一个遵循冯诺依曼架构(本文我们主要讨论冯诺依曼架构)。
简明计算完整性和隐私研究项目构建了证明TinyRAM程序正确执行的机制，而TinyRAM的设计是为了在这种情况下提高效率。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。
?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。
本文对于tinyram不再进行重复介绍，会对上一篇文章进行补充，然后重点是指令介绍和电路约束介绍。tinyram基础介绍可以参考我们团队上一篇文章：深入理解TinyRam
Tinyram指令集
Tinyram总共有29个指令，每条指令都由一个操作码和最多三个操作数组成。一个操作数可以是一个寄存器的名称。除非特别说明，否则指令不会单独修改flag。每条指令默认将pc增加i(i%2^W),对于vnTinyram来说i=2W/8。
一般来说，第一个操作数是指令计算的目标寄存器，其他的操作数指定指令需要的参数，最后，所有指令都需要机器的一个周期来执行。
位操作
整数操作
这些是各种无符号和有符号的整数操作。在每种情况下，如果发生算术溢出或错误，flag被设置为1，否则被设置为0。
shift操作
??shl?指令?shlrirjA?将左移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最高有效位。
??shr?指令?shrrirjA?将右移位ubit得到的W位string存储在ri寄存器中。移位后的空白位置被填充为0。此外flag被设置为的最低有效位。
比较操作
比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器；比较的结果存储在flag中。
区块链聊天应用OpenChat推出“社区”功能:金色财经报道，根据8月2日的公告，区块链聊天应用程序OpenChat已使用户能够创建名为“社区”的类似Discord的服务器。该应用程序的开发团队于二月份首次宣布了社区功能。OpenChat联合创始人Julian Jeffs表示，社区最终将允许加密协议直接从自己的网站构建社区，从而无需下载Discord或Telegram等外部程序。
该团队正在为这个未来的“社区集成”系统尝试几种设计。无论哪种方式，集成都将允许Web3协议的用户与其他用户聊天并获得管理员的技术支持，而无需离开他们正在使用的应用程序。该团队强调，“集成”功能在发布时不会成为社区的一部分，但计划在以后的补丁中实施。[2023/8/2 16:14:25]
move操作
??mov?指令?movriA?将存储到ri寄存器中。
??cmov?指令?cmovriA?如果flag=1，将存储到ri寄存器中。否则ri寄存器的值不会改变。
Jump操作
这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和?flag?但是会修改?pc。
??jmp?指令?jmpA?将存储到pc中。
??cjmp?指令?cjmpA?在?flag?=1的条件下将存储到pc中，否则pc自增1。
??cnjmp?指令?cnjmpA?在?flag?=0的条件下将存储到pc中，否则pc自增1。
Memory操作
这些是简单的memoryload和store操作，其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。
输入操作
该指令是唯一一个访问两个tapes中的任意一个的指令。第0个tape用于primary输入，第1个tape用户auxiliary输入。
输出操作
该指令表示程序已经完成了计算，因此不能再允许其他操作。
指令集约束
Tinyram采用R1CS约束形式进行电路约束，具体形式如下：
韩国虚拟资产联合调查组将于今日下午2点20分召开揭牌仪式:金色财经报道，韩国首尔南部地方检察厅将于今日启动专门打击虚拟资产（加密货币）犯罪的虚拟资产联合调查组。这是检察机关首次设立专门针对加密货币的组织。当日下午2时20分，检方将在南地检署举行“虚拟资产犯罪联合调查组就任仪式”。此外，还将举行招牌揭牌仪式。现任首尔中央地方检察厅第三部检察长李正烈担任联合调查组第一任组长，该联合调查组将从今天开始正式活动。
随着合资企业的成立，预计检方将加快对加密货币犯罪的调查。目前，南部地方检察厅正在调查独立议员金南国涉嫌持有大量加密货币、“WEMIX”发行方Wemade的发行欺诈、Haru Invest的存取款暂停、加密货币交易所Coinone上市中的腐败行为等。对于近期被查封搜查的Haru Invest、Delio等虚拟资产客户的暂停提现事件，联合调查的可能性很大。金南国议员的代币嫌疑也有可能在联合单位进行。[2023/7/26 15:59:03]
一个R1CS约束，可以有a，b,c三个linear_combination表示，一个R1CS系统中的所有变量的赋值，可以分为两个部分：primaryinput和auxilaryinput。Primary就是我们经常说的“statement”。auxiliary就是“witness”。
一个R1CS约束系统包含多个R1CS约束。每个约束的向量长度是固定的。
Tinyram在libsnark的代码实现中大量使用了一些定制gadgtes来表述vm的约束以及opcode执行和memory的约束。具体代码在gadgetslib1/gadgets/cpu_checkers/tinyram文件夹下。
位操作约束
??and?约束公式：
and的R1CS约束将参数1和参数2以及计算结果逐bit位进行乘法计算验证，约束步骤如下：
1.计算过程约束，代码如下：
2.结果编码约束
3.计算结果非全0约束
以太坊上海升级逾后40万枚ETH流入流动质押协议，总锁定价值超过160亿美元:4月30日消息，截至2023年4月30日，Lido Finance、Coinbase的Wrapped Staked Ether、Rocket Pool、Frax、Stakewise、Stakehound、Ankr、Ether.fi、Bitfrost等流动质押协议中锁定总价值超过160亿美元。
根据30天的统计，按锁定价值排名的前十大协议中，有六个协议在过去一个月出现了增长，其中四个实现了两位数的增长。目前，Lido占据主导地位，在所有流动质押协议中锁定的8431605枚以太坊中持有占比达73.6%，即6206101枚ETH。[2023/5/1 14:36:13]
4.flag约束
??or?约束公式：
具体约束步骤如下：
1.计算过程约束，代码如下：
2.结果编码约束
3.计算结果非全0约束
4.flag约束
??xor?约束公式：
具体约束步骤如下：
1.计算过程约束，代码如下：
步骤2，3，4同上
?not?约束公式：
消息人士：公链项目Aptos正在寻求以27.5亿美元估值进行新一轮融资:7月22日消息，消息人士透露，由 Diem 原团队成员成立的公链项目 Aptos 已与投资者讨论了新一轮融资，该公司的估值将为27.5亿美元，随着谈判的进行，估值可能会增加。
此前消息，Aptos 项目于今年 3 月份完成由 a16z 领投的 2 亿美元融资，预计在 9 月底左右推出主网。（The Information）[2022/7/22 2:31:07]
具体约束步骤如下：
步骤2，3，4同上
整数操作约束
?add：?约束公式：
具体约束步骤如下：
1.计算过程约束，代码如下：
2.解码结果约束和boolean约束
3.编码结果约束
?sub:?约束公式：sub约束比add稍微复杂一些，采用了一个中间变量表示a-b的结果，同时为了保证结果计算表示为正整数和符号的形式，给结果加上了2^w。具体约束步骤如下：
1.计算过程约束
2.解码结果约束和boolean约束
3.符号位约束
?mull?、umulh、smulh?约束公式：
华尔街日报：Celsius的资产股本比约19:1，仅为北美银行中值的一半:6月29日消息，截至去年夏天，加密借贷平台Celsius Network在筹集新资金之前拥有190亿美元的资产和大约10亿美元的股本，资产股本比约为19:1。而FactSet数据显示，标普1500综合指数（S&P 1500 Composite index）中所有北美银行的资产股本比中值约为9:1。[2022/6/29 1:39:11]
mull相关的约束都涉及以下几个步骤
1.计算乘法约束
2.计算结果编码约束
3.计算结果flag约束
?udiv?、umod?约束公式：
B为除数，q商，r为余数。余数与需要满足不能超过除数的条件。具体约束代码如下：
shift操作约束
??shl、shr?约束公式
比较操作
比较操作中的指令每一个都不会修改任何寄存器；比较的结果存储在flag中。比较指令包含cmpe、?cmpa?、cmpae、cmpg、cmpge?。比较指令可以分为两类，分别为有符号数的比较和无符号数比较，两者约束过程核心都利用了libsnark中实现的comparison_gadget。
其他剩余过程跟有符号数比较约束相同
move操作约束
??mov?约束公式：
mov的约束比较简单，只需要确保将存储到ri寄存器中，由于mov操作没有修改flag，所以约束需要确保flag的值没有产生变化。约束代码如下：
??cmov?约束公式：
cmov的约束条件比mov复杂一些，主要mov的行为跟flag值的变化有关系，同时cmov不会修改flag，所以约束需要确保flag的值没有变化，cmov的代码如下：
Jump操作约束
这些jump和条件jump指令都不会修改寄存器和?flag?但是会修改?pc。
??jmp
Jmp操作约束pc值与指令执行结果一致，具体约束代码如下：
??cjmp
cjmp根据flag条件进行跳转，flag=1进行跳转，否则pc自增1
约束公式如下：
约束代码如下：
??cnjmp
cnjmp根据flag条件进行跳转，flag=0进行跳转，否则pc自增1
约束公式如下：
约束代码如下：
Memory操作约束
这些是简单的memoryload和store操作，其中memory的地址由立即数或寄存器的内容确定。这些是tinyram中唯一的寻址方式。。
??store.b?和?store.w
对于store.w取整个arg1val的值，对于store.b操作码只会取arg1val的必要部分，约束代码如下:
??load.b?和?load.w
这两个指令我们要求从内存中加载的内容被存储在instruction_results中，约束代码如下：
输入操作约束
??read
read操作跟tape有关，具体的约束规则是：
1.上一个tape中的内容被读完，没有内容可读，不会读取下一个tape。
2.上一个tape中的内容被读完，没有内容可读，flag被设置为1
3.如果当前执行的指令是read,那么read读取到的内容和tape输入内容一致
4.从tape1以外的地方读取内容，flag被设置为1
5.result为不为0，意味着flag为0
约束代码：
输出操作约束
该指令表示程序已经完成了计算，因此不能再允许其他操作
??answer
当程序的输出值被接受，has_accepted会被设置为1，程序返回值能够被正常接受意味着当前的指令为answner以及arg2value为0。
约束代码如下：
其他
当然除了上述提到的一些指令相关的约束外，tinyram还有一些pc一致性、参数编解码、内存检查等各种约束。这些约束通过R1CS系统组合起来构成一个完成的tinyram约束系统。所以这也是R1CS形式的tinyram生成约束数量较多的根本原因。
这里引用一个tinyram介绍ppt的图片，展示一个ERC20transfer用tinyram生成证明需要的时间消耗。
从上图的例子可以得出结论：使用vnTinyram+zk-SNARKs验证所有EVM操作是不可能的，只适合验证少量的指令的计算验证，可以使用vnTinyram验证EVM的部分计算类型的opcode。
参考
tinyram介绍ppt:
https://docs.google.com/presentation/d/1lbyLmXhCry61fxWm8LLxPKhCYV67RcZaK3WL20Hb-t8/edit#slide=id.g5b38da04a0_0_21
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来源：金色财经
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