appliedzkp的zkevm概览

Posted 2021-09-05 mutourend

1. zkevm介绍

当前，以太坊中的每个节点，需在虚拟机内验证以太坊中的每笔交易。且当有新的节点加入时，该新节点需同步所有历史交易。为此，需要：

• 1）构建支持智能合约的zkrollup
• 2）为每个以太坊区块构建validity证明

即意味着，要为 EVM + state reads/writes + signatures 构建proof of validity。

因此，zkevm中的proof分为2大类：

• 1）State proof：用于证明state/memory/stack ops的正确执行。此时，不会检查读写位置是否正确。允许prover选择任意位置，在EVM proof中来证明其正确性。
• 2）EVM proof：会检查在正确的时间执行了正确的opcode。会检查这些opcodes的validity。同时证明，对于每个opcode，相应的state proof中执行了正确的操作。

只要以上2个proof验证通过，即可证明以太坊区块的正确执行。

2. 术语

• L1 contract：部署在以太坊主网的合约
• zkevm verifier：为L1 contract，用于验证zkevm proofs
• L2 contract：部署在zkrollup层的合约。即使用zkevm verifier来证明transactions calling that smart contract are correct。
• l1tx：为用户发送的用于与L1 contract交互的交易
• l2tx：为用户发送的用于部署L2 contract或与L2 contract交互的交易
• Coordinator：接收用户发送的l2tx，验证该l2tx，生成witness和proof，然后发送给zkevm verifier。使用l1tx来给zkevm verifier提供proof。
• User：在L2层部署合约或与智能合约交互的一方。
• Opcodes：为EVM opcodes。
• Slot：当证明每个EVM opcode的validity时，使用Slot来限定constraints的梳理。如假设一个slot有100个constraints，则意味着当需要证明Mul opcode和Add opcode时，均使用100个constraints。即时其实际需要的constraints数量少于100，也约定每个opcode使用的constraints固定为100。
• MultiSlot opcodes：某些opcodes需要多个slot，意味着需增加slot_counter计数，而不是增加program counter计数。
• Program Counter：为EVM中当前执行的opcode所在位置。随着每个opcode增加。当有新的合约调用时，该值初始化为0。
• Slot Counter：对于需要多个slot的opcode，为了跟踪具体执行的位置，引入了slot counter，随着每个slot自增。用于跟踪multislot opcode何时运行结束。
• Global Counter：随着每个opcode自增的计数器。
• Bus Mapping：类似于传统电脑中的Bus，将memory和storage的数据传输给CPU。此处用于表示将state proof中的数据传输至EVM proof。

3. 变量

• bus_mapping：用于将storage, memory和stack ops的信息传输至EVM proof。
• global_counter：随着EVM proof中每个slot自增。
• call_id：当前执行的transaction/separate call上下文对应的id。
• program_counter：需验证的program_index对应的opcode。
• program_index：为L2合约bytecode中opcode的位置。
• mem：为memory key-value mapping of global_counter->index->value。
• memory_op：定义memory action的类型。如0为读，1为写。
• Storage：为storage读写对应的key-value mapping：global_counter->index->value。
• storage_op：定义storage op的类型。
• Stack：为每个stack op对应的key-value mapping。
• stack_op：定义stack op的类型。
• opcode：为当前执行的opcode。

参考资料

[1] https://hackmd.io/bF-_y4OVQMyBHQMFG7tYpA
[2] https://hackmd.io/HfCsKWfWRT-B_k5j3LjIVw