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Starknet研報(bào):Starknet蓄勢(shì)待發(fā),提升性能

2024-05-20 09:49:01 | 來(lái)源: | 作者:佚名
Starknet 通過(guò)以太坊 Layer2+ZK 的方式,巧妙的繼承了以太坊極致去中心化的同時(shí),又保證了可拓展性和安全性,將不可能三角變成了可能,本文深入淺出地探討 Starknet 的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并簡(jiǎn)化解釋 ZK 的證明過(guò)程

相比于 web3 世界里其它喧囂的敘事,ZK 賽道在很長(zhǎng)時(shí)間里一直代表著漫長(zhǎng)枯燥但意義非凡的基礎(chǔ)建設(shè)。

仿佛一場(chǎng)艱難的修行,里面的人艱難求索,外面的人霧里看花。

不過(guò)可喜的是,近兩年 ZK 的發(fā)展速度遠(yuǎn)超預(yù)期,ZK Rollup 雙雄 ZkSync 和 Starknet 在性能和費(fèi)用上都實(shí)現(xiàn)了巨大的進(jìn)步。

以太坊 EIP-4844 升級(jí)后,ZK Rollup 在與 OP Rollup 的競(jìng)爭(zhēng)格局中也逐漸走強(qiáng)。

更令人振奮的是,曾經(jīng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 StarkWare 與 Polygon Labs 合作,升級(jí)了一直代表 ZK 前沿實(shí)力的 STARK 協(xié)議,正式推出 Circle STARK,為 ZK 證明能力帶來(lái)了又一次飛躍。

如果你想要更深入了解 Starknet 背后奇妙的 ZK 證明過(guò)程,但又礙于各種令人生畏的數(shù)學(xué)公式和錯(cuò)綜復(fù)雜的技術(shù)流派,那么不妨跟隨這篇文章來(lái)了解一些關(guān)于 ZK 的關(guān)鍵問(wèn)題。

我們會(huì)嘗試避開(kāi)惱人的數(shù)學(xué)部分,并在此基礎(chǔ)上討論 Starknet 的技術(shù)優(yōu)勢(shì),尤其是近期發(fā)布的重大突破。

01 首先從 ZK 開(kāi)始

ZK 是一個(gè)標(biāo)簽,也是零知識(shí)證明系統(tǒng) (Zero Knowledge Proof Systems) 的縮寫。

作為當(dāng)下顯學(xué),ZK 證明像個(gè)神秘傳說(shuō)——在不泄露任何額外的信息的前提下,證明某個(gè)事實(shí)。

這么理想化的目標(biāo)要如何實(shí)現(xiàn)呢?這里我們需要類比一個(gè)做過(guò)學(xué)生都熟悉的情景。

通常,一個(gè)學(xué)生想要證明自己學(xué)業(yè)優(yōu)秀,最簡(jiǎn)潔的辦法便是出示成績(jī)單。在保證考試系統(tǒng)有效、公正的基礎(chǔ)上,一份加權(quán)成績(jī)達(dá)到 A 的成績(jī)單往往可以為學(xué)生的學(xué)業(yè)水平背書(shū),而無(wú)需展示任何具體的學(xué)業(yè)內(nèi)容。

ZK 證明的過(guò)程也很類似,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),它的核心成員有兩個(gè)部分:證明器(Prover)和驗(yàn)證器(Verifier)。

證明器就像學(xué)校的考試系統(tǒng),有一套固定的流程,為學(xué)生生成成績(jī)單,作為學(xué)生學(xué)術(shù)能力的證明,并呈遞給作為驗(yàn)證器的家長(zhǎng) / 公司,家長(zhǎng) / 公司通過(guò)成績(jī)單來(lái)驗(yàn)證學(xué)生的能力水平。

這里我們可以看出,整個(gè)證明過(guò)程中最艱難的部分便是證明器生成證明的過(guò)程。在具體的 ZK 證明中,它可以分成兩個(gè)部分——算術(shù)化和多項(xiàng)式承諾。

1.1 算術(shù)化

  • 算術(shù)化,就是把復(fù)雜的證明問(wèn)題轉(zhuǎn)換成代數(shù)問(wèn)題,具體地,就是把我們想要證明的見(jiàn)證(Witness),轉(zhuǎn)換成一組多項(xiàng)式約束(Polynomial Constrains)。這就類似于我們把學(xué)生的學(xué)術(shù)能力,通過(guò)考試,轉(zhuǎn)化成一組分?jǐn)?shù)成績(jī)。

  • Witness:見(jiàn)證,是我們通常所說(shuō)的鏈下計(jì)算的原始數(shù)據(jù),包括交易數(shù)據(jù)、賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)、中間計(jì)算結(jié)果等,是我們用來(lái)證明交易有效性,但又不想公開(kāi)的隱私數(shù)據(jù)。

  • Polynomial Constrains:多項(xiàng)式約束。在 ZK 證明過(guò)程中要做的,就是把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問(wèn)題,而數(shù)學(xué)證明方式最關(guān)鍵的一環(huán),就是要找到一個(gè)多項(xiàng)式,并最終證明自己的確找到了。多項(xiàng)式約束,就是指這個(gè)多項(xiàng)式需要滿足的條件。

1.2 多項(xiàng)式承諾

多項(xiàng)式承諾,則是在具體的數(shù)學(xué)證明中,證明自己找到了一個(gè)多項(xiàng)式(Polynomial),滿足上一步算術(shù)化所生成的所有約束條件。

如果多項(xiàng)式證明有效,那么數(shù)學(xué)證明成功,代表我們想要證明的問(wèn)題成立。這個(gè)過(guò)程類似于我們最后得出一個(gè)加權(quán)平均分或者成績(jī)單,能夠保證學(xué)生的成績(jī)?nèi)?A,進(jìn)而證明學(xué)生的學(xué)術(shù)能力優(yōu)秀。

不過(guò)也許你會(huì)質(zhì)疑,現(xiàn)實(shí)生活中,一張成績(jī)單往往并不能準(zhǔn)確地表達(dá)一個(gè)人的學(xué)術(shù)能力,因?yàn)槲覀內(nèi)祟惖目荚囅到y(tǒng)中還是存在太多的漏洞和不可控。

而在 ZK 的世界里,借助是非分明的數(shù)學(xué)和公開(kāi)透明的程序,這個(gè)愿望正在得以實(shí)現(xiàn)(正如智能合約和區(qū)塊鏈保障了公正透明一樣)。

02 SNARK vs STARK

SNARK 和 STARK 是目前兩種最常用的 ZK 證明協(xié)議,也分別是 ZkSync 和 Starknet 所使用的底層協(xié)議。

因?yàn)橄嗨频拿Q和賽道常常被拿來(lái)對(duì)比。不過(guò)在對(duì)比之前我們不妨先引入兩個(gè)人物,從發(fā)展史的角度更好地去了解這兩個(gè)協(xié)議所構(gòu)建的 ZK 證明系統(tǒng)。

2.1 Groth 與 SNARK

Jens Groth 是 UCL 計(jì)算機(jī)系的一位教授(現(xiàn)已是榮譽(yù)教授,目前擔(dān)任 Nexus 的首席科學(xué)家,zkVM 方向)。

此人從 2009 年開(kāi)始,年年高產(chǎn),發(fā)表多篇零知識(shí)相關(guān)的文章,我們?cè)?ZK 領(lǐng)域常常聽(tīng)到的 Groth09、Groth10 等等就是由他的名字和發(fā)表年份組成的。

(注:通常由于論文的名字又長(zhǎng)又拗口,學(xué)界會(huì)用名字 + 年份的方式,縮寫指代一些重要的論文,比較常見(jiàn)的如奠定 STARK 基礎(chǔ)的 BBHR18、Zcash 使用的 PGHR13,都是由幾位作者的首字母組合在一起,再加上年份組成的。像 Groth 這種一人全名獨(dú)占,還能夠連續(xù)編年的,實(shí)數(shù)罕見(jiàn)。)

要論其中最著名的有二:

  • 【Groth10】Short Pairing-based Non-interactive Zero-Knowledge Arguments,提出了完整的非交互式證明方案,被認(rèn)為是 SNARK 的理論先驅(qū)。

  • 【Groth16】On the Size of Pairing-based Non-interactive Arguments,在 Groth10 的基礎(chǔ)上,精簡(jiǎn)證明尺寸,提升驗(yàn)證效率,至今仍被廣泛應(yīng)用。

正是在 Gorth 的研究基礎(chǔ)上,SNARK 得以發(fā)展完善。

SNARK,全稱為 Succinct Non-interactive Argument of Knowledge,是一種簡(jiǎn)潔的零知識(shí)證明系統(tǒng),它極強(qiáng)的可用性,使得 ZK 迅速應(yīng)用在加密貨幣領(lǐng)域。

2.2 Eli Ben-Sasson 與 STARK

值得一提的是,第一個(gè)將 SNARK 應(yīng)用于加密貨幣的協(xié)議 Zerocash,它的聯(lián)合創(chuàng)始人正是 Eli Ben-Sasson——后來(lái)的 StarkWare 的聯(lián)合創(chuàng)始人,也是 STARK 的發(fā)明者之一。

不僅如此,早年間的 Eli Ben-Sasson 積極推動(dòng) SNARK 協(xié)議的落地,并在 13、14 年接連發(fā)表論文,提出并優(yōu)化 SNARK 的構(gòu)造,提升了實(shí)用性和高效性,幫助 SNARK 真正得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

不過(guò)也許是太過(guò)了解 SNARK 面臨的困境,2018 年,Eli Ben-Sasson 等人發(fā)表【BBHR18】Scalable, transparent, and post-quantum secure computational integrity,STARKs 證明系統(tǒng)被正式提出,也為 ZK Rollup 提出更加完善的解決方案。

STARK——Scalable Transparent Argument of Knowledge,在大批量證明時(shí)具有優(yōu)勢(shì),且整個(gè)證明過(guò)程透明,無(wú)需依賴信任的第三方,具有抗量子攻擊級(jí)別的安全性。

(注:需要聲明的是,雖然英雄史詩(shī)的故事總是膾炙人口,但任何一件成就都不是靠一個(gè)人力挽狂瀾得來(lái)的。相反,無(wú)論 SNARK 還是 STARK,都是無(wú)數(shù)科學(xué)家共同努力的結(jié)果。我們拎出單個(gè)人物出來(lái)講,僅僅是為了從一個(gè)側(cè)面為這段 ZK 關(guān)鍵發(fā)展史提高生動(dòng)性。就算牛人如 Groth,他的論文也要建立在 KZG 等人(Aniket Kate、Gregory Zaverucha、Ian Goldberg )的研究成果上才能得以實(shí)現(xiàn),而提出 STARK 的作者們,更是個(gè)個(gè)身懷絕技,日后我們可以持續(xù)深扒。)

2.3 SNARK vs STARK

那么讓 Eli Ben-Sasso 痛下決心另起爐灶的原因是什么呢?SNARK 又面臨哪些困境呢?

2.3.1 透明性

在回答上面的問(wèn)題之前,我們可能要先回答另一個(gè)問(wèn)題:在加密領(lǐng)域,什么最貴?

中本聰給出的答案是——信任。

SNARK 恰好踩中了這個(gè)雷區(qū)。SNARK 在進(jìn)行多項(xiàng)式承諾時(shí),采用了 KZG 的方法,而 KZG 承諾需要一個(gè)可信設(shè)置(Trusted Setup)來(lái)生成一串公共參考字符串 (Common Reference String, CRS),進(jìn)而生成證明和驗(yàn)證過(guò)程中的密鑰。

回到我們那個(gè)成績(jī)單的例子,家長(zhǎng)或者公司之所以看到一個(gè) A 的平均成績(jī),就可以判斷學(xué)生學(xué)術(shù)水平優(yōu)秀,是因?yàn)槲覀児餐J(rèn)可學(xué)術(shù)能力從高到低的排序是 A、B、C、D。只有在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下,A 的成績(jī)才有意義。

但如果學(xué)校的評(píng)分系統(tǒng)被黑,學(xué)術(shù)能力的排序變成了 C、A、B、D 呢?原本拿 C 的學(xué)生就會(huì)被當(dāng)成優(yōu)等生被優(yōu)先考慮。這就造成了誤判。

由此我們可以看出,這個(gè)被大家共同認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)的安全性至關(guān)重要。而在遵從黑暗森林法則的加密世界里,這個(gè) Trusted Setup 就成了巨大的隱患。

明知如此,為什么 SNARK 還要堅(jiān)持使用 KZG 方法呢?這是因?yàn)槭褂?KZG 得到的最終證明的尺寸太小了。還記得 SNARK 中的「S」代表什么嗎?Succient(簡(jiǎn)潔)!

小尺寸的誘惑太大了,尤其是在以太坊坎昆升級(jí)之前,精簡(jiǎn)的證明尺寸為 SNARK 帶來(lái)更好的實(shí)用性和高效性,在很長(zhǎng)一段時(shí)間里被更多的項(xiàng)目所接受。所以說(shuō)處處都是 trade off。

說(shuō)回來(lái) STARK,為了啃下 Non-Trusted 這塊硬骨頭,STARK 采用了 FRI(Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs)的方法來(lái)進(jìn)行多項(xiàng)式承諾。

具體來(lái)說(shuō),F(xiàn)RI 方法將多項(xiàng)式進(jìn)行 Reed Solomon 編碼,以 Merkle 樹(shù)的形式儲(chǔ)存,并通過(guò) Oracle 完成驗(yàn)證器和證明器之間的多輪交互,由此實(shí)現(xiàn)了可驗(yàn)證性和透明性(transparent,STARK 中的「T」)。

(注:需要注意的是,這里的 Oracle 并不是我們?cè)?web3 世界中常見(jiàn)的中心化或者半中心化的預(yù)言機(jī),而是由驗(yàn)證器和證明器根據(jù)協(xié)議規(guī)則,在本地模擬出來(lái)的一個(gè)去中心化的虛擬實(shí)體,是一種交互證明機(jī)制。)

如果還要類比成績(jī)單的例子,我們可以把 STARK 系統(tǒng)的多項(xiàng)式承諾過(guò)程看成是一個(gè)構(gòu)建在鏈上的評(píng)分系統(tǒng),通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)保證了整個(gè)系統(tǒng)的公正和透明。

此外,STARK 證明中,驗(yàn)證器和證明器還可以通過(guò)使用一個(gè)公共的隨機(jī)信標(biāo)(Random Beacon)來(lái)模擬交互過(guò)程,并最終打包成一個(gè)完整的證明,實(shí)現(xiàn)非交互式證明,獲得更好的可用性和異步性。

2.3.2 可拓展性

STARK 的進(jìn)步還表現(xiàn)在處理大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算問(wèn)題上的通用性和靈活性,以及它的平均證明尺寸會(huì)隨著證明規(guī)模擴(kuò)大而降低,形成網(wǎng)絡(luò)效應(yīng),即「S」所代表的 Scalable。

不同于 SNARK 采用以 R1CS 為代表的電路計(jì)算方式進(jìn)行算術(shù)化,需要針對(duì)不同問(wèn)題重新設(shè)計(jì)電路,STARK 采用 AIR(Algebraic Intermediate Representation )的方法,是一種通用的機(jī)器計(jì)算方式,通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程鏈接不同狀態(tài),幾乎可以將任意計(jì)算問(wèn)題抽象成一組多項(xiàng)式約束。

同時(shí),由于 STARK 使用的 FRI 方法生成多項(xiàng)式證明時(shí),采用了遞歸的結(jié)構(gòu)逐漸降低多項(xiàng)式的次數(shù),使得證明尺寸的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于問(wèn)題規(guī)模的增長(zhǎng)(對(duì)數(shù)級(jí)別)。因此在處理大規(guī)模運(yùn)算時(shí)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

回到成績(jī)和考試的例子中,如果我們算術(shù)化的過(guò)程比作考試,那么 SNARK 和 STARK 就分別像傳統(tǒng)試卷和機(jī)考。

短期或者對(duì)于一所小學(xué)校來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)試卷便宜迅速,機(jī)考則要在軟件和硬件方面做準(zhǔn)備,看起來(lái)昂貴又麻煩。

但對(duì)于全球性成規(guī)模的考試機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),一臺(tái)電腦可以進(jìn)行不同種類不同級(jí)別的考試,題庫(kù)的豐富度和隨機(jī)性不再需要老師為每一次考試出題,節(jié)約了大量人力。

從長(zhǎng)期看,隨著考試人數(shù)的累積,軟硬件的投入成本也會(huì)被大幅攤薄。

2.3.3 抗量子攻擊

除了「S」和「T」的成就,STARK 還通過(guò)使用抗量子的哈希函數(shù)(如 Rescue 哈希,一般認(rèn)為是后量子安全的,而傳統(tǒng)的 SHA-256 哈希函數(shù)則被認(rèn)為可能在量子計(jì)算中表現(xiàn)脆弱)、安全性代數(shù)問(wèn)題(證明器需要證明的一些復(fù)雜代數(shù)問(wèn)題,目前認(rèn)為是量子計(jì)算機(jī)上也難以解決的)等方式,實(shí)現(xiàn)了抗量子攻擊性。

03 Circle STARK 不止于此

講到這里,我們不難發(fā)現(xiàn) SNARK 是一個(gè)必不可少的短期內(nèi)快速可行的解決方案。

但把時(shí)間拉長(zhǎng),隨著交易量的增長(zhǎng),計(jì)算復(fù)雜度的爆發(fā),以及人們?cè)絹?lái)越清醒的意識(shí)到,信任,實(shí)際上是加密領(lǐng)域最昂貴的奢侈品時(shí),STARK 的優(yōu)越性會(huì)越來(lái)越凸顯。

這一點(diǎn)目前在工業(yè)界也逐漸顯露。使用 SNARKs 的頭部應(yīng)用 ZkSync 推出的 Boojum 版本,就已開(kāi)始探索由 SNARK 向 STARK 的逐漸轉(zhuǎn)變。

而以會(huì)整活著稱的 Polygon,也早早轉(zhuǎn)向 STARK,今年升級(jí)的證明系統(tǒng) Plonky3,便是基于 Polygon Labs 與 StarkWare 的最新共同研發(fā)的 Circle STARK。

Circle STARK 是基于 STARK 更新的新一代 ZK 證明協(xié)議,由于巧妙的引入了圓曲線(Circle Curve),成功的將小素?cái)?shù)域 M31 應(yīng)用到了證明系統(tǒng)中,促使證明效率大幅提升。

在 ZK 證明系統(tǒng)中,素?cái)?shù)域扮演著至關(guān)重要的角色。正是在素?cái)?shù)域上進(jìn)行運(yùn)算,證明才得以實(shí)現(xiàn)。

素?cái)?shù)域的選擇代表著效率和安全性的平衡。素?cái)?shù)域越小,所需的運(yùn)算量越小,效率越高。

另一方面,大的素?cái)?shù)域通常代表著更高級(jí)別的安全性,這也是為什么過(guò)去 STARK 和 SNARK 都采用大素?cái)?shù)域的原因。

而 Circle STARK 的創(chuàng)新性就表現(xiàn)在,通過(guò)結(jié)合圓曲線的特殊結(jié)合使用了 M31 這種小素?cái)?shù)域,在提升證明效率的同時(shí),成功保障了后量子安全性。

StarkWare 方面目前推出并開(kāi)源了基于 Circle STARK 的新一代證明器 Stwo,預(yù)計(jì) Stwo 的證明效率將達(dá)到初代證明器 Stone 的 100 倍。

Stwo 將與高級(jí) Cario 完全兼容,當(dāng)前基于 Stone 證明器的 Starknet Pover (SHARP Prover),未來(lái)也將使用 Stwo。屆時(shí) Starknet 生態(tài)的開(kāi)發(fā)者和用戶將直接受益于 Stwo 帶來(lái)的性能提升,而無(wú)需進(jìn)行任何操作。

除了提升證明速度,Polygon 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Brendan Farmer 還提到,Circle STARK 的應(yīng)用,最終將顯著降低費(fèi)用,并擴(kuò)展到更多應(yīng)用證明。

Eli Ben-Sasson 更是樂(lè)觀表示,Circle STARK 的推出可以視為一個(gè)重要的里程碑,最高效的證明系統(tǒng)將會(huì)在不遠(yuǎn)的未來(lái)面世,更多的突破和改進(jìn)也將持續(xù)進(jìn)行。

04 Starknet 持續(xù)發(fā)力,提升性能

通過(guò)上面的分析,我們可以很清楚的看到,STARK 證明系統(tǒng)和它的最新升級(jí)版本 Circle STARK 是當(dāng)之無(wú)愧的前沿力量和明日之星,作為 StarkWare 親兒子的 Starknet 在 ZK Rollup 的道路上更是前途無(wú)量。

但也許是好事多磨,Starknet 卻在很長(zhǎng)一段時(shí)間里飽受爭(zhēng)議。原因無(wú)他,體驗(yàn)和費(fèi)用。

不過(guò)還好,通過(guò) StarkWare 的持續(xù)努力,這些問(wèn)題正在逐一變成了歷史。下面我們將回顧一下 Starknet 近期的幾次重要升級(jí)成果,以及根據(jù)路線圖規(guī)劃的進(jìn)一步動(dòng)作。

4.1 V0.12

Starknet Alpha v0.12.0 代號(hào)量子躍遷,于 2023 年 7 月上線主網(wǎng)。這次優(yōu)化的重點(diǎn)是提升網(wǎng)絡(luò)性能和優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

吞吐量和延遲一般被視為衡量網(wǎng)絡(luò)性能的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)優(yōu)化排序器 Rust 化和升級(jí) Cario 語(yǔ)言,Starknet 的區(qū)塊執(zhí)行時(shí)間顯著降低,吞吐量從 v0.11.0 版本的 3 萬(wàn) CSPS( Cairo steps per second ,每秒 Cario 步數(shù))飆升至 22 萬(wàn) CSPS,性能得到了極大提高。

一直廣受詬病的交互體驗(yàn)問(wèn)題也得到了解決,曾經(jīng)為了等待主網(wǎng)確認(rèn)而平均長(zhǎng)達(dá) 20 分鐘 pending 狀態(tài)將成為歷史。

用戶端在 Layer 2 確認(rèn)完成后,就算交易成功,因此交易時(shí)間縮短到 10 秒左右,體驗(yàn)大大提升。

這次被視為里程碑式的升級(jí)幫助 Starknet 的 TVL 成功突破了 1 億美元,單周漲幅超過(guò) 43%。

4.2 V0.13

2024 年 1 月上線的 v0.13.0 版本擴(kuò)大了區(qū)塊尺寸,計(jì)算成本大幅降低 50%,數(shù)據(jù)可用性成本降低 25%。

V0.13.1 提前部署了對(duì)以太坊 EIP-4844 的支持,因此 Starknet 在坎昆升級(jí)后的幾小時(shí)內(nèi)就啟用了 blob 功能,并成為第一個(gè)大幅降低用戶手續(xù)費(fèi)的 L2。

在今年接下來(lái)的時(shí)間里,按照路線圖計(jì)劃,V0.13.2 將支持交易并行化,可以同時(shí)處理更多交易,提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量和降低延遲。

V0.13.3 將把 Cairo Native 集成到 Starknet 排序器中,進(jìn)一步提升排序器的性能。屆時(shí)網(wǎng)絡(luò)速度會(huì)進(jìn)一步加速。

4.3 V0.14 以及后續(xù)升級(jí)計(jì)劃

根據(jù)路線圖,預(yù)計(jì)備受期待的 Volition 將在 V.0.14.0 升級(jí)中上線。

目前以太坊上的數(shù)據(jù)可用性存儲(chǔ)(Data Avaliablity, DA)消耗了 Starknet 網(wǎng)絡(luò)上絕大多數(shù) gas 費(fèi)用,因此降低以太坊上的 DA 存儲(chǔ)是降低費(fèi)用的關(guān)鍵。

Volition 可以允許開(kāi)發(fā)者選擇將一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Starknet L2 上,最終把這部分?jǐn)?shù)據(jù)的狀態(tài)根(root)提交到以太坊 L1。通過(guò)這種方式,大大降低 L1 的 DA 存儲(chǔ)成本,進(jìn)一步達(dá)到降低費(fèi)用的目的。

V.0.14.0 版本還計(jì)劃采用應(yīng)用遞歸(Applicative Recursion)的方式,一次批量處理多個(gè)區(qū)塊的的 L1 足跡(Layer 1 footprint,是在以太坊上為支持 Starknet 運(yùn)行而需要存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)和計(jì)算任務(wù))進(jìn)而降低費(fèi)用成本。

https://community.starknet.io/t/upcoming-feature-starknet-applicative-recursion/113868

目前 starknet 的每個(gè)區(qū)塊都有一個(gè)專有證明,每個(gè)區(qū)塊都需要在以太坊上花費(fèi)一筆固定的運(yùn)營(yíng)成本,因此網(wǎng)絡(luò)常常要積攢足夠的交易量來(lái)分擔(dān)區(qū)塊成本,才會(huì)打包一個(gè)區(qū)塊。

這就導(dǎo)致了出塊時(shí)間的不確定和區(qū)塊成本利用效率的低效。有了應(yīng)用遞歸之后,驗(yàn)證器可以將幾個(gè)區(qū)塊一起打包證明,即縮短了區(qū)塊時(shí)間,又分擔(dān)了費(fèi)用成本。

此外 Starknet 還將在技術(shù)上探索更多的 DA 壓縮方案,以達(dá)到削減成本的作用。

05 生態(tài)建設(shè)

5.1 現(xiàn)況

隨著性能的穩(wěn)步提升和費(fèi)用的持續(xù)降低,Starknet 上的生態(tài)格局目前已趨于完善。

基礎(chǔ)設(shè)施上,錢包項(xiàng)目 Agent X 和 Braavos 作為自托管的智能錢包,不僅保證了安全性,還適配了 starknet 原生的賬戶抽象,作為 web3 世界的入口,給用戶帶來(lái)了良好的交互體驗(yàn)。

跨鏈橋方面既有原生的 StarkGate 坐鎮(zhèn),又有專注跨鏈橋的項(xiàng)目方 Orbiter Finance、MiniBridge 和 rhino.fi 加入。

DID 的頭部項(xiàng)目 Starknet.id 承擔(dān)了 ENS 在以太坊上的角色,支持用戶鑄造 NFT 作為 Starknet 鏈上身份和通行證。

傳統(tǒng)的紅海 Defi 方面,目前 Starknet 上也成長(zhǎng)出 Nostra、Ekubo、zkLend、ZKX、Carmine Options 等頭部項(xiàng)目,在迅速占領(lǐng) Dex、質(zhì)押、借貸、合約重點(diǎn)板塊業(yè)務(wù)的同時(shí),各家 Defi 項(xiàng)目也都在產(chǎn)品上努力推陳出新。

比如 ZKX 采用游戲化的交互以及 DAO 的治理形態(tài),打造了一個(gè)獨(dú)特的自治永續(xù)合約交易所;

Ekubo 推出單例設(shè)計(jì)使用一個(gè)合約管理所有資金池,幫助用戶減少交易摩擦成本;

mySwap 的一鍵再平衡功能,在市場(chǎng)波動(dòng)過(guò)大時(shí),可以有效降低無(wú)常損失等,都為生態(tài)注入了更多的活力。

Gamefi 是 Starknet 官方寄予厚望的板塊,除了頭部項(xiàng)目 Loot 生態(tài)以 Realms 為代表的戰(zhàn)略類全鏈游戲外,還有街頭風(fēng)格的 Dope Wars、星際探索為背景的戰(zhàn)略游戲 Influence,以及由 Starknet 原生團(tuán)隊(duì)打造的基于物理知識(shí)的 Topology,堪稱 Starknet 上全鏈游戲的四大天王。

此外 Socialfi 上出現(xiàn)了 xfam.tech,類似于此前大熱的 friend.tech,填補(bǔ)了社交領(lǐng)域的空白。

自從今年年初 $STRK 空投發(fā)幣以來(lái),Starknet 上的活躍度明顯提高。不止如此,生態(tài)內(nèi)的項(xiàng)目如 zkLend、Ekubo 和 ZKX 都已相繼發(fā)布原生代幣 $ZEND、$EKUBO 和 $ZKX ;

生態(tài)龍頭 Nostra Finance 也發(fā)布了 Starknet 上第一個(gè)原生 USD 穩(wěn)定幣 $UNO 以及質(zhì)押 $STRK 獲得的 $NSTSTRK。

多層次的代幣發(fā)放無(wú)疑是 Starknet 生態(tài)的一劑強(qiáng)心針,到今年上半年,Starknet 生態(tài)的數(shù)據(jù)總體表現(xiàn)不錯(cuò)。

不過(guò)在如今 Layer1、Layer2 眾神混戰(zhàn)的時(shí)刻,想要保證持續(xù)的生命力,還需要產(chǎn)品和技術(shù)上的雙重創(chuàng)新,打造出真正的爆款應(yīng)用,鏈上活力才能穩(wěn)步再上一個(gè)臺(tái)階。

這背后除了官方團(tuán)隊(duì),還需要的是開(kāi)發(fā)者社區(qū)的持續(xù)發(fā)力,這也是 Starknet 團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)極度開(kāi)發(fā)者友好,甚至在空投中給出史無(wú)前例的開(kāi)發(fā)者獎(jiǎng)勵(lì)的原因之一。

5.2 挑戰(zhàn)和選擇

前面我們說(shuō)過(guò),STARK 從一開(kāi)始就是為了安全的大規(guī)模復(fù)雜證明而生的,一脈相承的 Starknet 也是如此。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)宏大又純粹的目標(biāo),許多努力就在所難免,Cairo 語(yǔ)言就是其一。

(注:Cairo 語(yǔ)言是 StarkWare 專門為 STARK 證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言,能夠高效生成證明,優(yōu)化鏈下計(jì)算,有效的彌補(bǔ)了 Solidity 在執(zhí)行證明上的局限性。)

不同于其它 Layer 2 使用 Solidity 進(jìn)行智能合約的開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)者在 Starknet 上必須使用原生的 Cairo 語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),這就直接給開(kāi)發(fā)者增加了學(xué)習(xí)成本和準(zhǔn)入門檻。

另一方面,由于 Cairo VM 與 EVM 并不兼容,許多以太坊上的成熟項(xiàng)目不能直接遷移到 Starknet 上,這也造成了 Starknet 雖然作為一條以太坊 Layer2, 但卻很難享受到大生態(tài)的紅利。

目前 Starknet 鏈上超過(guò) 90% 的 dApp 都是鏈原生的,項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本不可謂不大。

當(dāng)此窘境,Starknet 的選擇,我們可以從 Eli Ben-Sasson 年初的文章《固守還是堅(jiān)持》中找到答案。

https://paragraph.xyz/@think-integrity/stubborn%2C-or-steadfast

文章引用了「騎虎難下」的典故,表示如果犧牲安全去追求短期內(nèi)漂亮的性能表現(xiàn),就像坐在一只飛奔的老虎上后患無(wú)窮。

作為堅(jiān)守技術(shù)的真正信仰者,也絕不會(huì)將二流技術(shù)套上一流的包裝進(jìn)行販賣。

Starknet 想做的,是真正的證明,可以經(jīng)得起滔天數(shù)據(jù)和黑暗森林的證明。而對(duì)證明的堅(jiān)守,就是對(duì)安全性的堅(jiān)守。

為了堅(jiān)守,Starknet 上的開(kāi)發(fā)者激勵(lì)措施十分豐富,除了黑客松等社區(qū)活動(dòng)外,近期還推出了真金白銀的種子資助計(jì)劃(Seed Grand Program),入選團(tuán)隊(duì)將可獲得高達(dá) 2.5 萬(wàn)美金 USDC 的非稀釋資助獎(jiǎng)勵(lì),用以支持其在 Starknet 上的生態(tài)建設(shè)。

https://mp.weixin.qq.com/s/S-nVc60Sfyk2C2SP9WkNuQ

專門針對(duì)游戲板塊,目前基金會(huì)的游戲助力試點(diǎn)計(jì)劃(The Propulsion Pilot Program),將選擇多達(dá) 20 款游戲,根據(jù)他們?cè)?Starknet 主網(wǎng)的 Gas 消耗情況進(jìn)行資助獎(jiǎng)勵(lì),每款游戲最多可獲得 100 萬(wàn)美金的獎(jiǎng)勵(lì)。

https://mp.weixin.qq.com/s/ZFSTfMyLm60M8FMR8KOG8w

此外,與 Starknet 達(dá)成深度戰(zhàn)略合作的以太坊客戶端開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì) Nethermind,也同時(shí)發(fā)布了總額 100 萬(wàn)美金的 Starknet 資助計(jì)劃(Starknet Grand Program),單個(gè)項(xiàng)目可獲得最高 25 萬(wàn)美金資助,并獲得 Nethermind 團(tuán)隊(duì)的技術(shù)支持。

https://x.com/Starknet_ZH/status/1785159198868943151

Starknet 也正從兩方面著手努力打通與以太坊之間的壁壘。一邊是由 Nethermind 開(kāi)發(fā)的 Warp 項(xiàng)目,致力于將 Solidity 代碼轉(zhuǎn)化為 Cairo 代碼,在高級(jí)語(yǔ)言層面實(shí)現(xiàn)兼容性。

另一邊由 StarkWare 團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)發(fā)的 Kakarot zkEVM 的方案,以 Cairo 模擬 EVM 的環(huán)境,嘗試創(chuàng)建一個(gè)可證明的 EVM。項(xiàng)目目前仍在開(kāi)發(fā)中。

5.3 未來(lái)

在 StarkWare 的努力下,目前 Cairo 的開(kāi)發(fā)者社區(qū)正在不斷壯大,隨著開(kāi)發(fā)者社區(qū)的繁榮,生態(tài)也將孵化出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品和工具,進(jìn)一步吸引更多優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)者加入 Cairo 社區(qū),形成正向循環(huán)。

我們除了在 DeFi 等傳統(tǒng)領(lǐng)域中期待能夠誕生優(yōu)秀的產(chǎn)品外,結(jié)合 Starknet 逐步兌現(xiàn)的性能提升以及計(jì)算完整性優(yōu)勢(shì),Starknet 上也逐步涌現(xiàn)出一些有可能代表未來(lái)的趨勢(shì)板塊。

5.3.1 全鏈游戲

全鏈游戲(Fully On-Chain Games,F(xiàn)OCG,也被稱為 Infinite Games)的概念早在區(qū)塊鏈興起時(shí)就風(fēng)靡一時(shí),備受游戲玩家的期待。

它將游戲的規(guī)則和數(shù)據(jù)完全儲(chǔ)存在鏈上,基于智能合約執(zhí)行所有的運(yùn)行和交互,讓玩家真正擁有游戲資產(chǎn)的所有權(quán),保證規(guī)則的透明可驗(yàn)證,并提供開(kāi)放的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),為玩家創(chuàng)造更加自由公平的游戲體驗(yàn)。

但礙于早期鏈上吞吐量、費(fèi)用和交互模式等方面的限制,全鏈游戲很長(zhǎng)時(shí)間還只是美好的愿景,并沒(méi)有實(shí)現(xiàn) mass adoption。

不過(guò)隨著 Starknet 各方面表現(xiàn)的不斷優(yōu)化,我們可以從以下幾個(gè)方面看到 Starknet 十分有潛力成為孕育全鏈游戲的沃土。

5.3.1.1 原生的賬戶抽象

賬戶抽象(Account Abstraction,AA)是提升交互體驗(yàn)、幫助 web2 用戶進(jìn)入 web3 的關(guān)鍵一步。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是把我們過(guò)去作為個(gè)人常用的以太坊上的 EOA 賬戶,轉(zhuǎn)向智能合約賬戶(CA),由于合約賬戶的可編程性,可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置,在保障安全性的前提下,簡(jiǎn)化當(dāng)前復(fù)雜的操作步驟,優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

Starknet 的設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就把原生的賬戶抽象作為必選項(xiàng),每個(gè)賬戶都是一個(gè)智能合約賬戶,從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上降低了實(shí)現(xiàn) AA 的復(fù)雜性。

原生的錢包 dApp Agent X 和 Braavos 都支持賬戶抽象,可以為用戶帶來(lái) Web2 等同的體驗(yàn)。

在游戲情境下,賬戶抽象的作用會(huì)更加明顯。比如由 Starknet 鏈上幾家頭部鏈游團(tuán)隊(duì) Briq、Loot Realms 和 Topology 發(fā)起的會(huì)話秘鑰(Session Key)功能,如今上線的 Loot Survivor 就使用了該功能,采用無(wú)錢包登錄(Session Wallet),用戶不再需要為每一步「進(jìn)攻」操作簽名,極大優(yōu)化了體驗(yàn)。

5.3.1.2 Cairo 生態(tài)逐步完善

隨著 Starknet 的持續(xù)優(yōu)化和性能提升,目前已有大批游戲社區(qū)入駐一同建設(shè) Cairo 生態(tài),隨著一系列基礎(chǔ)設(shè)施的推出,目前生態(tài)的游戲框架已經(jīng)基本形成。

Dojo 是一個(gè)基于 Cairo 的鏈上游戲引擎,創(chuàng)建于 2023 年 2 月,目前由社區(qū)共同運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

游戲引擎是構(gòu)建游戲的基礎(chǔ),它為游戲開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)由合約、工具和代碼庫(kù)組成的開(kāi)發(fā)框架,這樣他們就不必從零開(kāi)始構(gòu)建游戲的基本系統(tǒng),讓構(gòu)建鏈上游戲變得更加容易。

(注:Web2 游戲最流行的兩個(gè)游戲引擎是 Unity 和 Unreal Engine,我們熟悉的《爐石傳說(shuō)》、《街頭霸王》等就分別構(gòu)建在這兩個(gè)游戲引擎的基礎(chǔ)上。目前 Web3 游戲引擎的發(fā)展還處在早期,已有的兩個(gè)加密游戲引擎,分別是構(gòu)建在 EVM 上的 MUD 和基于 Cairo 的 Dojo。Dojo 是首個(gè)可證明的加密游戲引擎。)

Cartridge 是一個(gè)游戲啟動(dòng)器,它一方面基于 Dojo 為開(kāi)發(fā)者提供工具和代碼庫(kù),用于創(chuàng)建和部署游戲,包括鏈上游戲邏輯、可擴(kuò)展架構(gòu)、無(wú)縫用戶接入、模塊化開(kāi)發(fā)和貨幣化方案等。

另一方面為玩家簡(jiǎn)化了交互流程,方便玩家發(fā)現(xiàn)和進(jìn)入他們喜歡的游戲。

5.3.1.3 Layer 3

Starknet 作為使用 Zk Rollup 的通用型 Layer2,除了出眾的安全性能、高吞吐量、以及大幅降低的費(fèi)用以外,為了滿足特定需求,還推出了 Layer3 Appchain 的定制化開(kāi)發(fā)。

游戲開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)自己的需求,定制優(yōu)化鏈上執(zhí)行環(huán)境和共識(shí)機(jī)制,打造高性能、低延遲、低費(fèi)用的游戲?qū)冁?。這也為全鏈游戲帶來(lái)更多的可能性。

Realms 和 Cartridge 就在年初成合作將共同開(kāi)發(fā)「Realms World L3」,預(yù)計(jì)在今年 Q3 正式推出,在 Starknet 的基礎(chǔ)上運(yùn)行整個(gè) Realms 生態(tài),屆時(shí)將會(huì)有更快的速度和更低廉的費(fèi)用,進(jìn)一步優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

此外,Dope Wars 也表示將同 Cartridge 合作發(fā)布一條 Layer3,并使用 $PAPER 作為 Gas token。

5.3.1.4 小結(jié)

雖然在大眾眼中,Starknet 在 Gamefi 的表現(xiàn)也許并不算出彩,但如果把眼光聚集在全鏈游戲上,Starknet 上的生態(tài)友好度、明確的全鏈?zhǔn)姑幸约白陨淼募夹g(shù)優(yōu)勢(shì),對(duì)開(kāi)發(fā)者和玩家來(lái)講都是吸引力十足的。

我們可以看到目前 Starknet 上游戲開(kāi)發(fā)者對(duì) Cairo 生態(tài)的建設(shè)熱情很高,頭部項(xiàng)目通力合作促成了 Dojo 等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的落成。

如果有一天全鏈游戲能夠完全實(shí)現(xiàn),越來(lái)越多的游戲發(fā)燒友進(jìn)入 web3 的游戲世界,真正獲得對(duì)游戲資產(chǎn)的所有權(quán),我們有理由期待這一切會(huì)發(fā)生在 Starknet 上。

5.3.2 ZKML

隨著 AI 和區(qū)塊鏈技術(shù)的雙雙爆發(fā),AI+Blockchain 被越來(lái)越廣泛的認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向,ZKML(Zero Knowledge Machine Learning,零知識(shí)證明機(jī)器學(xué)習(xí))便是一種解決方案。

傳統(tǒng)的 ML 模型像個(gè)黑盒,由于被中心化機(jī)構(gòu)所擁有,普通用戶除了相信大機(jī)構(gòu)的背書(shū),無(wú)法驗(yàn)證自己在使用的究竟是什么模型,是否由可靠的數(shù)據(jù)訓(xùn)練得來(lái)。這也是目前中心化大模型被詬病的主要原因之一。

而如果簡(jiǎn)單的將模型上鏈采用去中心化的方式進(jìn)行訓(xùn)練和運(yùn)行,不光 Gas 成本太高,由于鏈上 Non-trusted 的環(huán)境,也無(wú)法保證模型和訓(xùn)練數(shù)據(jù)的可靠性。

這種情況下 ZKML 就十分有必要。Think off-chain,act on-chain。通過(guò)在鏈下訓(xùn)練和運(yùn)行模型,使用 ZK 技術(shù)生成證明提交到鏈上的方法,完美解決了前面提到的兩個(gè)困境——成本和可靠性。

同時(shí),由于 ZK 本身具備的隱私性的特點(diǎn),也使 ZKML 在金融、醫(yī)療等敏感領(lǐng)域前景廣闊。

在 Starknet 上基于 Cairo 構(gòu)建 ZKML 有天然的優(yōu)勢(shì)。Cairo 作為為證明而生的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,具有優(yōu)秀的計(jì)算完整性,且在證明上高度抽象,開(kāi)發(fā)者可以直接調(diào)用證明組件,而無(wú)需自行處理證明問(wèn)題,極大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程。

同時(shí),得益于 STARK 的可拓展性優(yōu)勢(shì),在處理大規(guī)模運(yùn)算數(shù)據(jù)時(shí)具有顯著的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng),能夠高效且低成本地承載機(jī)器學(xué)習(xí)所需的海量數(shù)據(jù)。因此,Starknet 上以 Giza Tech 為基礎(chǔ)的 ZKML 正在迅速發(fā)展。

Giza 是一個(gè) Starknet 上的 ZKML 中間件平臺(tái),提供 Orion 開(kāi)發(fā)框架,使開(kāi)發(fā)者能夠使用熟悉的框架(如 PyTorch、TensorFlow)進(jìn)行模型訓(xùn)練,并輕松地在 Starknet 上進(jìn)行部署。

同時(shí) Giza 還推出了一個(gè)將 ZKML 于多鏈行為結(jié)合的代理框架 Agents,開(kāi)發(fā)者可以基于 ZKML 創(chuàng)建鏈上 AI 代理,與智能合約交互,并根據(jù)預(yù)定義的規(guī)則進(jìn)行決策。

目前 Giza 已經(jīng)應(yīng)用在多個(gè)項(xiàng)目中,比如社交上,與 Circles Network 合作,進(jìn)行社交圖譜分析,偵查虛假用戶。

DeFi 方面,Yearn Finance 合作,為其提供基于 ZKML 的智能投資策略和風(fēng)險(xiǎn)管理方案。

最新入選 Starknet 種子資助計(jì)劃的 ML Village 則通過(guò) Giza 將 ZKML 引入鏈游進(jìn)行決策,展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

總結(jié)

根據(jù) Starknet 官方近期發(fā)布,預(yù)計(jì) 2024 年可以實(shí)現(xiàn) Gas 費(fèi)降低至遠(yuǎn)低于 $0.01,同時(shí)數(shù)百 TPS,成為 TPS 最高的 Layer2。

這個(gè)目標(biāo)對(duì)于 Starknet 來(lái)說(shuō)并不算雄偉,事實(shí)上,StarkWare 對(duì) Starknet 的定位,也遠(yuǎn)不止一條 Layer 2 那么簡(jiǎn)單。

從產(chǎn)品和市場(chǎng)的關(guān)鍵選擇上,Starknet 與 Solana 更為相似,把 EVM 的紅利和束縛一并拋棄,從頭建設(shè)。

但又不同于 Solana 在去中心化問(wèn)題上存在的瑕疵,Starknet 通過(guò)以太坊 Layer2+ZK 的方式,巧妙的繼承了以太坊極致去中心化的同時(shí),又保證了可拓展性和安全性,將不可能三角變成了可能。

而這個(gè)看似美滿的結(jié)果,正如我們開(kāi)頭所講,是一場(chǎng)堅(jiān)守長(zhǎng)期主義的修行,是無(wú)數(shù)次舍近求遠(yuǎn)的負(fù)重前行。我們期待 Starknet 上能夠在未來(lái)釋放更多的活力。

聲明:文章內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)及立場(chǎng),不構(gòu)成本平臺(tái)任何投資建議。本文內(nèi)容僅供參考,風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)!
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