AluVM rust 实现

AluVM（算术逻辑单元虚拟机）的 Rust 实现和汇编器，将 Alu 汇编语言转换为字节码。

AluVM 是一个纯功能注册表基础的、高度确定性和无异常的指令集架构（ISA）和虚拟机（VM），没有随机内存访问，能够执行算术操作，包括椭圆曲线操作。AluVM ISA 可以通过运行虚拟机的环境（宿主环境）进行扩展，提供将数据加载到 VM 注册器和支持特定应用指令（如 SIMD）的能力。

ALuVM 的主要目的是用于分布式系统，其中鲁棒性和平台无关的确定性比计算速度更重要。AluVM 的主要应用领域（使用适当的 ISA 扩展）是区块链环境、共识关键计算、边缘计算、多方计算（包括确定性机器学习）、客户端验证、沙盒计算和遗传算法。

有关 AluVM 的更多详细信息，请参阅 规范，观看 YouTube 上的详细演示或查看演示的 幻灯片。

设计

鲁棒性是 AluVM 的核心。它旨在避免任何未定义的行为。具体来说，

• 所有寄存器可能处于未定义状态；
• 不可能或不正确的操作将目标寄存器置于特殊的 未定义状态；
• 代码始终扩展到 2^16 字节，用零填充，对应于“设置 st0 寄存器为假并停止执行”操作码；
• 没有无效的跳转操作；
• 没有无效的指令；
• 循环和跳转计数有2^16的限制（有界时间执行）；
• 无歧义：任何两个不同的字节字符串总是代表严格不同的程序；
• 代码始终是已签名的；
• 数据段始终是已签名的；
• 代码承诺使用所用的ISA扩展；
• 库通过签名识别；
• 如果库不全，则代码不运行；

指令集架构

指令操作码

• RISC：只有256条指令
• 三种核心指令系列
  • 控制流
  • 寄存器间的数据加载/移动
  • ALU（包括密码学）
• 可使用ISA扩展进行扩展：127个操作为扩展预留
  • 更多密码学
  • 自定义数据I/O（区块链、LN、客户端验证）
  • 遗传算法/代码自我修改

算术ISA的设计具有强大的鲁棒性目标

• 不可能的算术运算（0/0、Inf/inf）始终将目标寄存器设置为未定义状态（与IEEE-754中的NaN不同，它只有一个唯一的值）
• 导致值无法适应使用编码的位维度的操作，包括整数编码的无限表示（x/0如果x不等于0）会导致
  • 对于浮点下溢，异常编码的数
  • 对于浮点数中的x/0（如果x不等于0），±Inf浮点值
  • 对于整数检查操作和浮点数的溢出：未定义值，将st0设置为false
  • 对于整数封装操作中的溢出，最大寄存器值上的模除

大多数算术操作必须提供标志，指定应使用哪种编码和异常处理

• 整数编码有两个标志
  • 一个用于编码的符号/无符号变体
  • 一个用于检查或封装的异常处理变体
• 浮点编码有4种舍入方式，与IEEE-754选项匹配

因此，许多算术指令有8种变体，指示使用的编码（无符号整数或浮点数）以及在结果值无法适应寄存器时（整数溢出或封装和浮点数的四种舍入选项之一）的操作行为。

请查看规范以获取详细信息。

寄存器

ALU寄存器：8块32个寄存器

• 整数算术（A寄存器）块：8、16、32、64、128、256、512、1024位
• 浮点算术（F寄存器）块
  • IEEE：二进制半精度、单精度、双精度、四精度、八精度
  • IEEE扩展：80位X87寄存器
  • BFloat16寄存器，用于机器学习
• 密码学操作（R寄存器）块：128、160、256、512、1024、2048、4096、8192位
• 字符串寄存器（S寄存器）：1块256个寄存器，每个64kb

控制流寄存器

• 状态（st0），布尔值（1位）
• 周期计数器（cy0），16位
• 指令复杂度累加器（ca0），16位
• 调用栈寄存器（cs0），3*2^16位（192kB块）
• 调用栈指针寄存器（cp0），16位

历史

• 在2021年3月24日和31日，RGB项目的一部分认识到AluVM的需求（参见开发者电话https://youtu.be/JmKNyOMv68I）
• 概念于2021年5月19日提出（查看重播）
• 2021年5月28日发布了Rust AluVM实现的v0.1版本（ISA & API文档）
• 2021年6月9日发布了v0.2版本，包括多项增强（ISA & API文档） – 在YouTube上查看演示或阅读幻灯片