RISC Zero zkVM Host & Guest 101

1. 引言

在RISC Zero zkVM应用程序中，host为运行RISC Zero zkVM的机器（或系统）。host为不可信agent，负责设置zkVM环境和处理执行过程中的输入输出。

host程序（代码），是指：

• zkVM应用中的host-native、不可信的部分。
• 负责加载guest程序，并为guest程序提供必要的输入。

若基于Bonsai构建，则无需编写host代码。

zkVM应用中，host负责构建并运行Executor和Prover。host具体作用为：

• 1）为guest程序运行Executor，构建执行环境。该执行环境中，host将提供配置并与guest通讯。
• 2）运行Prover，来执行并证明guest程序，并生成receipt。该receipt可传递给第三方验证。

而guest程序（代码），是指待zkVM执行和证明的程序。若基于Bonsai构建，则只需专注编写guest程序。
guest程序的基本功能为：

• 1）读取输入：相关接口有env::read、env::read_slice 和 env::stdin。
• 2）将private outputs写入host：相关接口有env::write、env::write_slice、env::stdout 和 env::stderr。
• 3）将public outputs附加到journal中：相关接口有env::commit 和 env::commit_slice。
  • journal为receipt的一部分，包含了zkVM应用的public outputs。

guest程序的调试和性能分析工具有：

• cycle计数：相关接口有env::get_cycle_count。
• 打印调试信息：相关接口有env::log。
• 以及 技术探秘：在RISC Zero中验证FHE——RISC Zero应用的DevOps（2） 提及的gdb和profiler工具。

guest程序中的一些关键标记有：

• 1）#![no_std]：因性能原因，guest程序应尽可能轻。因此不使用std，将其排除。
• 2）#![no_main]：该guest程序永远不作为独立Rust可执行程序 启动，因此明确有 #![no_main]。
• 3）risc0_zkvm_guest::entry!(main);：必须让guest可供host启动，为此，需明确告知guest应调用哪个函数。使用risc0_zkvm_guest::entry!宏来明确要调用的初始guest函数。

RISC Zero zkVM应用程序基本模板为：

project_name
├── Cargo.toml
├── host
│   ├── Cargo.toml
│   └── src
│       └── main.rs                        <-- [Host code goes here]
└── methods
    ├── Cargo.toml
    ├── build.rs
    ├── guest
    │   ├── Cargo.toml
    │   └── src
    │       └── bin
    │           └── method_name.rs         <-- [Guest code goes here]
    └── src
        └── lib.rs

非常简单的host代码示例为：

use risc0_zkvm::{default_prover, ExecutorEnv};

let env = ExecutorEnv::builder().build().unwrap();
let prover = default_prover();
let receipt = prover.prove_elf(env, METHOD_NAME_ELF).unwrap();

对应的receipt验证示例为：

receipt.verify(METHOD_NAME_ID).unwrap();

更多详细例子，可见：

• https://github.com/risc0/risc0/tree/main/examples（Rust）

参考资料

[1] RISC Zero术语集
[2] Host Code 101

RISC Zero系列博客

• RISC0：Towards a Unified Compilation Framework for Zero Knowledge
• Risc Zero ZKVM：zk-STARKs + RISC-V
• 2023年 ZK Hack以及ZK Summit 9 亮点记
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• 技术探秘：在RISC Zero中验证FHE——RISC Zero应用的DevOps（2）
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