详解OlaVM-ODAILY

TL;DR

1.我们正在努力构建第一个基于PE-VM的ZKVM，通过ZK-friendly的设计和ZK算法的改进，使它具备更高的吞吐率；其技术特点如下：

a.证明快：

i.ZK-friendly:获得更小的电路规模，以及精简的底层约束单元；

ii.更快的ZK实现:对plonky2的进一步优化改进；

b.执行快：

采用并行执行的VM。

2.我们已经做的工作：

a.2022年7月份，发布了OlaVM的白皮书；

b.2022年11月份，完成指令集的设计和开发，并初步实现了OlaVM的虚拟机执行模块，你可以打开链接：https://github.com/Sin7Y/olavm去查看我们的代码，持续更新中！！！

c.针对目前执行效率最快的ZK算法，我们完成plonky2的电路设计及算法研究，你可以打开链接：https://github.com/Sin7Y/plonky2/tree/main/plonky2/designs去了解plonky2更多的设计，下一步我们将对其进行优化改进，请持续关注。。。

比特币全网未确认交易数量为58002笔:金色财经报道，BTC.com数据显示，目前比特币全网未确认交易数量为58002笔，全网算力为344.82 EH/s，24小时交易速率为3.42交易/s，目前全网难度为46.84 T，预测下次难度下调0.20%至46.75 T，距离调整还剩11天20小时。[2023/3/26 13:26:46]

我们正在做什么？

OlaVM是首个把并行执行的VM引入的二层的ZKVM，融合两种方案的技术点，获得更快的执行速度和更快的证明速度，从而在未来实现更高的系统吞吐率。

在现在的以太坊系统中，造成吞吐率慢的原因主要有两个：

1.共识的过程：每个节点重复执行交易进行交易的有效性校验；

2.交易的执行：交易的执行是单线程的。

目前已有40个NFT项目获得BONK空投:金色财经报道，目前已有40个NFT项目获得BONK空投，分别是ABC、Anon club、Anybodies、Atadia、Aurory、BSL、Boogles、Catalina Whales、 Claynosaurz、Communi3、Crypto Duck Punks、Cyber Samurai、DCF、DAA、DTP、Degods、Elixir Vols、FFF、Frakt、Galactic Geckos、Helions、Jelly Beasts、Liberty Squirrels、Lily、Lotus Gang、MBB、OG Pengus、Pengu Bots、Orcanauts、Pawnshop Gnomies、Primates、SAMO DAO、Sol Slugs、SMB、Solgods、Solslimes、SVPLY Chail Male bots、Taiyo gen1、TFF 和 Y00ts。现阶段这些 NFT 项目中的大部分持有者都收到了空投，而其余的则卡在合约中，被烧毁或未完成。Bonk此前宣布将把总供应量的 50% 分配给了 Solana 社区，特别是 Solana NFT持有者、DeFi成员、艺术收藏家和开发人员。（cryptopolitan）[2023/1/6 10:24:20]

为了解决问题第1点，且需要同时具备可编程性，许多项目进行了ZK(E)VM的研究，即交易在链下完成，链上只验证状态，但是想要真正提高系统吞吐率，则需要尽可能快的生成证明；为了解决问题第2点，Aptos,Solona,Sui等新公链引入了可以并行执行的VM来提高系统的吞吐率。

吉尼斯世界纪录首次收录比特币和一系列区块链事件:10月18日消息，吉尼斯世界纪录将比特币和一系列区块链事件列入2023年版的《吉尼斯世界纪录大全》(Guinness World Records)的“加密狂”(Cryptomania)类别中。吉尼斯世界纪录官网将比特币描述为第一个去中心化加密货币，它写道比特币的开发是为了解决在没有任何中央机构或“可信第三方”监督交易的情况下监管数字货币的挑战。

除比特币外，吉尼斯世界纪录还收录了“萨尔瓦多成为第一个采用比特币作为法定货币的国家”、“曼城的粉丝代币为最有价值粉丝代币”、“NFT项目CryptoPunks为最贵的NFT收藏品”等事件。（Cointelegraph）[2022/10/18 17:30:37]

尽管在现阶段，对于ZK(E)VM来讲，影响整个系统吞吐率瓶颈在于证明的生成；但是当采用Parallelprove去加快整个系统吞吐率时，区块生成的越快，则对应的证明生成开始的时间就越早。

如何获取高吞吐率？

尽可能快的证明生成(目前最高优先级)

想要加速证明的生成，其大体可以分为两个部分：尽可能小的电路规模和尽可能快的算法执行；尽可能快的算法执行又可以分为：算法本身参数的提升和外部执行环境的改善。

道富银行高管：计划将在2023年对资金和私人资产进行代币化:金色财经报道，道富银行（State Street）负责数字产品开发和创新的副总裁Nicole Olson表示，随着机构继续对加密领域表现出兴趣，代币化仍然是银行业务未来的重中之重。例如，使用分布式账本技术对资金和私人资产进行代币化以提高效率和可访问性是该公司在 2023 年的工作。Olson表示，State Street Digital 打算在今年年底之前提供托管一些“蓝筹”加密资产的能力，例如比特币和以太币，然后再推出其他资产。

Nicole Olson称.，代币化对我来说很令人兴奋，因为道富和客户都有很大的机会参与其中，它广泛地将数字技术添加到那些更传统的资产中，并将它们带入未来”。

截至 6 月 30 日，道富银行托管和管理的资产规模为 42.6 万亿美元，其资产管理部门的资产管理规模约为 3.9 万亿美元。[2022/8/30 12:56:34]

1.尽可能小的约束规模

是的，证明生成的消耗是和约束的整体规模n强相关的，如果能大幅缩减整体的约束规模，则证明的生成的时间则会明显减少。这就要求，在VM的设计中，你需要使用尽可能多的设计以减少整体的约束规模。

科大讯飞推出数字藏品平台“星昼”:金色财经报道，国内科技头部企业科大讯飞正式推出“星昼”数字藏品平台，同时宣布将于6月20日12点开售2款首发数字藏品，一款是融合了千位亚洲父亲形象，并通过AI学习创造的“爱爸爸”虚拟人数字藏品，将科技与爱交融，献礼父亲节；另一款是与非遗传承人白鹿霞子老师深度合作，将“西安剪纸”融入科大讯飞全球“1024开发者节”所推出的数字藏品“开发者剪影”。星昼平台通过自研讯飞链底层技术实现数字作品的上链确权，并通过对作品所有者和作品信息进行数字加密，生成唯一的数字凭证。[2022/6/17 4:35:09]

a.Prophet

Prophet的意思为“预言家”，先“预言”再“校验“，其主要目的是：针对一些复杂的计算，我们不需要用VM的指令去实现这些复杂的计算；而是利用内置的Prophet去完成计算，并且把结果发送给VM，然后VM只是执行对于这个结果的合法性校验。Prophet是一些具备特定计算功能的内置函数，比如除法计算，平方根计算，立方根计算等等，我们会根据实际场景，逐渐丰富Prophets库，使得对于大部分复杂计算场景，整体约束的缩减效果达到最大化。

b.Zk-friendly

当计算是复杂计算时，Prophet可以帮助缩减VM执行的轨迹大小；但在此之前，我们更希望这个计算本身是Zk-friendly。因此，在设计中，我们会采用一些Zk-friendly的操作，比如常见的哈希算法，验签算法等；这些优化也经常存在于其他ZK(E)VM的方案里；但最终的关键就是，当你选择一个Zk-friendly的复杂计算时，如何用更小的约束去约束这个复杂的计算？

VM本身除了要执行计算逻辑之外，还会有一些其他的操作同样需要被证明，比如RAM操作。基于堆栈的VM，每次访问时，都要进行POP，PUSH的操作；而在验证层面，仍然需要去校验这个操作的有效性，这些操作会组成独立的Table，然后用约束去校验这些堆栈操作的有效性；而基于寄存器的VM，执行相同的逻辑，得到的执行轨迹更小，因此约束规模也更小。

2.尽可能快的算法执行

由于Plonky2的惊人性能表现，我们暂时以Plonky2作为OlaVM的ZK后端。我们已经深入分析了Plonky2的Gate设计，Gadget设计和协议原理，并从中找到了一些优化方向，你可以关注我们的GithubRepo:Plonky2designs去了解更多相关的信息。

更快的交易执行(现阶段不是瓶颈)

在OlaVM的设计中，Prover是无许可的，任何人都可以接入；因此，当你有许多Prover资源时，你可以并行的去为这些区块生成证明，然后把这些证明聚合在一起，提交到链上验证。由于Prover是可以并行的，因此区块生成的越快，对应的证明就可以提前生成，这样最终链上验证的时间也会提前。

当证明生成需要很久的时候，比如几个小时，并行执行带来的提升并不是很明显；有两个场景可以提高这种并行带来的效果，一个是聚合的区块数量变大，达到量变引起质变；另外一个是证明时间大大缩短。当然两个提升效果叠加，会更好一些。

兼容性？

对于ZKVM来说，具备某种兼容性是为了方便初期的生态构建，毕竟在区块链行业发展至今，已经有许多成熟的应用部署在现有的系统上，以太坊上的生态更为丰富。因此，能实现对这些既有生态的兼容，使得这些项目可以无缝迁移，对项目初期生态的构建有很大的帮助。

当然，OlaVM的主要目标仍然是构建一个高吞吐的ZKVM，当我们的第一步做的不错时，我们会考虑去实现兼容性，特别是以太坊的兼容性，这也会在我们的路线图中。

AllTogether

集成上述所有模块，整个系统的数据流程图大概如下图所示：

ComingSoon

1.2022-12月初：

a.完成OlaVMDSL设计；

b.完成OlaVM预编译合约的设计和开发；

c.完成OlaVM指令约束和Context约束和预编译合约约束；

d.完成Plonky2的第一阶段优化。

参考

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

关于我们

Sin7y成立于2021年，由顶尖的区块链开发者组成。我们既是项目孵化器也是区块链技术研究团队，探索EVM、Layer2、跨链、隐私计算、自主支付解决方案等最重要和最前沿的技术。

微信公众号：Sin7Y

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