ZKEVM是一个具有可编程性，以ZK技术为基础的虚拟机，它可以为虚拟机执行的所有操作生成一个零知识证明，用来证明虚拟机执行操作的正确性。有关ZKEVM的几种实现方案介绍及优劣对比，可以参考V神的文章：ThedifferenttypesofZK-EVMs；如果你想了解更多的设计细节，你也可以阅读PSE的ZKEVM方案(native-level)：privacy-scaling-explorations/zkevm-specs?Polygon的ZKEVM设计(bytecode-level)：?PolygonzkEVMDocumentation；Sin7y的ZKEVM设计(language-level)：OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM。
无论是哪种方案，都需要用zk去约束VM的所有的行为，这些行为包括：
?执行合约计算逻辑
??执行内存访问
??执行哈希计算
??执行世界状态更新
??...
众所周知，zk在计算压缩领域，具有极大的应用的前景；无论原始的计算多么复杂，其验证过程都十分高效，这是所有zk算法的基本技能。因此，对于VM执行过程中的计算部分，zk可以很好的发挥作用；而在VM执行的过程中，除了计算本身外，还存在一些内存访问操作，我们需要把一些数据提前放在内存里，然后在执行计算的时候取出来。
Beosin：另有约1亿美元加密资产已从Multichain转至新地址:7月11日消息，区块链安全审计公司Beosin监测显示，另有1.03亿美元加密资产已从Multichain转至0x1eed开头的新地址，其中包括约2400万美元USDC、2965万美元fUSDT、213万美元WBTC、1716万美元WETH、1010万美元ETH、300万美元DAI。其中资产来自多个链，涉及大量私钥，传输间隔时间长，表明攻击者可能已经控制了所有的资产，并且不急于转移它们，根据之前的分析，推测可能是内部操作。[2023/7/11 10:47:52]
而由于大部分的VM都是读写内存，因此不得不约束这些内存访问操作的正确性；对于内存访问的约束本身并不复杂，但是由于内存访问的次数很高，所以导致多项式的阶数很高，使得内存相关的约束证明耗时比较可观。
在ZK(E)VM的方案中，我们更应该把zk主要应用在对于计算本身的证明，对于EVM的其他行为，我们可以在VM层面去优化，以减少zk约束的规模。
Memory的设计
以EVM为例，EVM的内存是一块很简单的字节数组，可以存储32字节或者1字节的数据，也可以读取32字节的数据。
Beosin：CS (CS)token遭受到攻击，损失金额截至目前约71.4万美元:金色财经报道，据区块链安全审计公司Beosin旗下Beosin EagleEye安全风险监控、预警与阻断平台监测显示，2023年5月24日，bsc上链的CS(CS)代币项目遭受攻击。原因是代币的_transfer函数中sellAmount没有及时更新。Beosin安全团队将简析分享如下：
1、攻击者利用闪电贷借入BSC-USD兑换成CS代币。
2、攻击者开始卖出3000 CS代币，这一步会设置sellAmount。
3、攻击者通过给自己转账，会触发sync()，在这个函数中使用了上一步的sellAmount并且这个函数会销毁pair的中CS代币数量。Sync后sellAmount会置为0。重复2，3步持续减少pair中的CS代币数量，拉升CS代币的价格，使得后续一步可以兑换出更多的BSC-USD。
借入80,000,000 BSC-USD，兑换出80,954,000 BSC-USD，偿还80,240,000 BSC-USD，获利约714,000 BSC-USD。[2023/5/24 15:22:35]
前FTX工程总监Nishad Singh对美国刑事指控认罪:金色财经报道，据路透社发文称，前FTX工程总监Nishad Singh对美国刑事指控认罪。此前消息，Alameda首席执行官Caroline Ellison和FTX首席技术官Gary Wang分别承认了七项和四项刑事指控。[2023/3/1 12:34:58]
图片来源：ethereum_evm_illustrated,page51
在EVM中，和Memory相关的指令有：
???MLOAD(x):从地址x处加载32字节的数据到调用栈(stack)
???MSTORE(x,y):从地址x开始，写入32字节的y
???MSTORE8(x,y):从地址x开始，写入8字节的y(低位开始)
有兴趣的读者可以在EVMPlayground上感受下，上述内存操作带来的内存和栈的变化。
Memory的约束
在OlaVM的5.3.5节，你可以看到关于Memory约束的设计原则(OlaVM内存相关的指令和EVM类似)。
Beosin：2022年全年Web3领域因各类攻击造成的总损失达到了36亿384万美元:金色财经报道，2022 年全年，Beosin EagleEye 安全风险监控、预警与阻断平台共监测到 Web3 领域主要攻击事件超 167 起，因各类攻击造成的总损失超 36 亿美元，较 2021 年攻击类损失增加了 47.4%。其中单次损失超过一亿美元的安全事件共 10 起，1000 万至一亿美元的安全事件共 21 起。[2022/12/29 22:14:40]
在OlaVM中，RAM的所有操作组成一个独立的table，table里的内容由memory和storage两种类型组成。在这里，我们只关注对于memory的约束。
内存的操作类型大体可以分为三类：
??Init操作
??write操作
??read操作
Beosin：Gnosis Omni Bridge跨链桥项目存在合约层面的重放漏洞:金色财经报道，Beosin 安全团队发现，在以太坊合并并分叉出 ETHW 后，Gnosis Omni Bridge跨链桥项目，由于合约代码中固定写死了chainID，而未真正验证当前所在链的chainID，导致合约在验证签名时能够在分叉链上验证通过。攻击者首先在 ETH 主网上通过omni Bridge 转移 WETH，随后将相同的交易内容在 ETHW 链上进行了重放，获取了等额的 ETHW。目前攻击者已经转移了 741 ETHW 到交易所。
Beosin 安全团队建议如果项目方合约里面预设了chainID，请先手动将chainId更新，即使项目方决定不支持ETHW，但是由于无法彻底隔绝通过跨链桥之间的资产流动，建议都在ETHW链上更新。[2022/9/19 7:04:46]
触发Init的场景有三种，分别是ctx的变换，type的变化，addr的变化；当任何一个场景触发时，需要约束，操作类型为w(write)，v(value)为0。
当上述三种场景没有触发时，则需要根据当前的操作类型来约束；
??如果是w(write)操作，需要约束clk是递增的，写入的值v是对的。
??如果是r(read)操作，需要约束clk是递增的，读取的值和上次写入的值是相同的。
一些可能性的提升
??对于Init操作，需要约束一个内存地址的初始化的值为0么？
我认为没有必要对初始化的操作进行约束；实际上，对于任何地址，你可以约束它的第一次访问必须是write操作，而不是read操作；而如果是write-once内存模型，这个限制将天然存在，因此，如果虚拟机的内存模型改为write-once模型，将减少对内存的访问约束。
??对于read操作，能否避免对应的约束，即避免校验读取的值和上次写入的值一致？
由于VM本身定义的memory类型的读写内存，无法保证，VM在读取这个内存地址的值之前，这个地址的值没有被修改，因此需要增加一个相等性校验，如下图所示：
由此可以看出，产生这个约束的核心原因，内存模型是读写内存，地址的值存在被改写的可能，因此，如果尝试使用只读内存，那么就不需要在memory的约束去实现上述的一致性约束。
注意：这可能会增加虚拟机的实现难度，因为这是一个不常用的内存模型；并且，我们应该不会首先在这个虚拟机上面去定义一个高级DSL，因为这个语言对Dapp开发者会有些不友好，需要在编译器层面去消除，使得这些不友好，对开发者不可见。
所以，如果采用上述内存模型，内存模块的约束，将只剩下针对write操作的约束，即使用copyconstraints来保证写入的值是对的即可。无须约束：
??读取的值等于写入的值，因为内存只能被写一次
??读的clk大于写的clk，因为只能先写再读
??内存的初始化值为0
参考
1.ThedifferenttypesofZK-EVMs:
https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html
2.privacy-scaling-explorations/zkevm-specs:
https://github.com/privacy-scaling-explorations/zkevm-specs
3.PolygonzkEVMDocumentation:
https://docs.hermez.io/zkEVM/Overview/Overview/
4.OlaVM:AnEthereumcompatibleZKVM:
https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf
5.EVM:
https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf
6.ethereum_evm_illustrated,page51:
https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum_evm_illustrated.pdf
7.EVMPlayground:
https://www.evm.codes/playground
8.OlaVM:
https://olavm.org/whitepaper/OlaVM-07-25.pdf
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来源：金色财经
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