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STARK:?解析StarkWare的架構與生態:估值80億美元的擴容潛力 | 鏈茶盡調_Starwire

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Time:1900/1/1 0:00:00

在以太坊的擴容路線中,ZKRollup一直被寄予厚望。由于ZKRollup能夠生成極其簡潔的證明,相比OptimisticRollup進一步壓縮了鏈上存儲需求,因此能夠釋放更大的鏈上空間。

按照V神的估算,ZKRollup理論上可以將主網TPS提升~100倍,這也遠遠強過能夠提升TPS~20倍的分片方案。

來源:https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

ZK系Rollups有兩大龍頭項目,一是StarkWare,二是ZKSync。二者都有較強的技術能力,也在測試網上有不少生態項目,但由于分別采用了不同的ZKRollup技術,產品能力和進度上各有千秋。

其中,StarkWare有著更耀眼的資本背景:近期以80億美元的估值完成1億美元的D輪融資,位居四大主流Rollups項目之首。

主流L2項目一覽,鏈茶館制作

StarkWare為何能夠如此受資本青睞,其技術能力可以實現怎樣的擴容效果呢?鏈茶館將在本文嘗試解析StarkWare的架構和生態,理解其未來前景。

1.產品體系

StarkWare的產品體系分為兩部分。

其一是作為ToB服務的StarkEx,為每一個應用提供專門的Rollup技術服務,自2020年就已正式上線以太坊主網,相對成熟。

其二是作為通用L2的StarkNet,可以部署任意的智能合約、而不像StarkEx那樣需要為特定應用做定制開發,StarkNet已于去年6月上線測試網、去年11月上線以太坊主網,但生態項目仍在測試網上運行。

二者所使用的底層技術是相通的,StarkEx相當于通過單個App中心化運營的方式提前使用了ZKRollup技術,而StarkNet則承擔了建立節點網絡的去中心化任務。

以下將會首先介紹StarkWare所采用的基礎架構,以及在兩種產品體系之下的執行差異;其次,將介紹除了ZKRollup之外,StarkWare有趣的創新點。

1.1通用工作流

經紀交易商Prometheum已離開數字商會:金色財經報道,經紀交易商Prometheum在2023年4月離開區塊鏈倡導組織數字商會。該公司不再認為需要對加密貨幣監管進行更多的澄清,這與區塊鏈咨詢小組的觀點形成了鮮明的對比。數字商會在一份聲明中指出,它將繼續 \"致力于倡導生態系統的監管清晰度,以支持區塊鏈技術的發展和數字資產的使用。\"

此前報道,Prometheum聲稱,該行業需要新的監管規定。經紀商和其他實體需要明確了解他們必須遵守的監管框架,并要求澄清數字資產證券的定義。[2023/7/5 22:19:38]

下圖是StarkEx的工作流,和StarkNet相通,我們將以此為概要,梳理StarkWare的技術要點。

來源https://docs.starkware.co/starkex-v4/overview

1)Applications:用戶向App發送交易請求,App將交易請求發送到StarkExService模塊中。圖中的「Executing」,不是很確定指的是什么,可能是指一些前端的處理或預處理。

2)StarkExService:這一模塊會驗證交易的有效性,如確認用戶身份與資產是否相符、用戶賬戶上是否有足夠余額、該筆交易此前是否已經執行過等;確認過后,將會打包足量的有效交易,并運行Cairo程序來執行這些交易。

值得注意的是這其中的「Cairo」編程語言,這是StarkWare對于ZKRollup所面臨的共同挑戰的解決方案:在現存的多數證明系統中,必須首先將計算結果轉化為一個特定域的多項式方程,而困難就在于,智能合約的執行結果有千千萬,如何能夠統一成可以驗證的多項式方程。

StarkWare的一個重大貢獻,就在于通過Cairo這一圖靈完備的語言,將所有的智能合約計算結果轉化成了可證明的多項式方程,由此讓智能合約與ValidityProof相兼容。

在這一方面,ZKSync也用原創的方案做到了,但是與StarkWare各有取舍。StarkWare采用的證明系統是STARK,這是StarkWare團隊所開創的證明系統,優點是在單位空間內能夠證明的交易更多、且更安全;而ZKSync采用SNARK系統,是一個相對成熟的證明系統,優點在于更容易做到EVM兼容,ZKSync2.0也確實做到了EVM兼容。

Move to Earn應用STEPN集成Apple Pay:5月22日消息,Move to Earn應用STEPN集成Apple Pay,允許用戶通過法幣直接購買運動鞋NFT。[2023/5/22 15:18:49]

StarkWare的原生Cairo語言對STARK證明系統非常友好,可以說是為了運用STARK證明系統而產生的語言,但隨之而來的問題則是對開發者來說學習成本較高,現有的Eth生態難以直接遷移。為此,StarkWare正在與第三方團隊Nethermind合作,開發Solidity到Cairo的編譯器Warp。

3)SHARP:在Cairo程序執行完成后,結果將會發送到SHARP,即「共享驗證者」。這也是StarkWare開發的一套程序,基于STARK證明系統,將Cairo程序的執行結果生成一個證明,并發送到L1上,由L1的礦工節點調用驗證合約來做驗證。

4)STARKVerifier和5)StarkExContract都是部署在L1的智能合約,前者負責驗證SHARP提交的證明,后者負責存儲更新的交易狀態和其他必要信息。只有當L1的礦工節點運行Verifier、驗證通過后,在StarkExService模塊中提交的狀態更新才會被L1接受,更新StarkExContract內存儲的交易狀態,由此完成交易。

總結來說,最核心的模塊在于StarkExService和SHAPR中。StarkExService對交易進行有效性驗證、打包、調用Cairo程序執行,隨后提交到SHARP生產證明,最后再將證明提交到L1的智能合約,以供L1節點驗證。

Cairo程序和SHARP證明體系構成了StarkWare的核心技術,整套技術基于StarkWare自創的STARK證明系統,具有證明量大且更安全的特性,但是為了適應STARK的Cairo語言不天然兼容EVM,對開發者有較高的學習成本。

那么,上述工作流中的環節,分別是由哪些角色來執行的呢?1.2和1.3小節將會對此詳述。

1.2StarkEx架構及數據可用性

在StarkEx中,所有鏈下的工作,即包含交易打包、調用Cairo程序、生成證明,全部都由每個應用自己運行完成,是一個完全中心化的運營方式。此外,由于StarkEx是定制化的ToB服務,針對每個應用有專門的ZK電路,加強了運行性能,因此使用StarkEx引擎的項目能夠做到非常高的TPS。

Cathie Wood因出售Coinbase股票或被指控涉嫌內幕交易:金色財經報道,Cathie Wood因出售Coinbase股票或被指控涉嫌內幕交易,Cathie Wood的投資公司ARK Investment Management是Coinbase公司的第三大股東,據報道截至6月底持有近900萬美元,但根據7月26日的交易信息顯示,Ark Investment Management已售出總計超過140萬股Coinbase(COIN)股票,此次清算成為Ark今年首次出售Coinbase股票。(cointelegraph)[2022/7/28 2:42:57]

StarkEx還提供了兩種數據可用性的模式:ZKRollup和Validium,供每個應用取舍。

數據可用性在區塊鏈的場景中至關重要,指的是鏈上節點是否能夠獲取到每一筆交易執行的全部相關數據,如果只能獲取到交易結果、而沒有執行過程數據,那么這筆交易的有效性就無法在鏈上驗證,而只要有任意單一筆交易的數據有效性有問題,那么整條鏈上的交易歷史都存在隱患。多種Layer2所取舍的一個關鍵點,就是存放多少數據在鏈上,由此也形成了不同的安全性。

下圖是四種主流L2模式,所對應的證明系統和數據可用性方案。可以看到,ZKRollup和Vailidium都采用有效性證明,區別在于完整數據放在鏈上還是鏈下。

來源:https://twitter.com/vitalikbuterin/status/1267455602764251138

在Validium模式下,只有更新后的狀態會發送到L1上,L1節點無法通過鏈上數據復原完整交易歷史。在這種模式下,交易的完整執行數據會由SHARP先發送給一個鏈下的「數據可用性委員會」,這是一個由ConsenSys、Infura、Nethermind、Cephalopod、Iqlusion和StarkWare共同組成的中心化的委員會,負責接受鏈下數據并做驗證,隨后將簽名發送到L1上,L1上的節點通過驗證簽名來確認鏈上狀態的更新。Validium模式犧牲了安全性來換取更節約的存儲空間,用戶使用的前提是信任該委員會。

美元指數DXY日內漲超0.50%,現報105.29:行情顯示,美元指數DXY日內漲超0.50%,現報105.29。[2022/7/1 1:45:14]

而在ZKRollup模式下,除了新的狀態外,還會將狀態變化前后的區別一同發送到鏈上,L1節點利用鏈上數據就可以復原完整交易歷史,實現了安全級別最高的Rollup。

目前采用StarkEx的四個項目中,只有dydx采用了ZKRollup的數據可用性模式,其余三個項目都采用Validium模式。

來源:https://l2beat.com/

1.3StarkNet架構及成熟度

StarkNet相對于StarkEx最主要的架構變化,就在于鏈下工作從應用手中移交到了礦工手中。

鏈下工作包含兩部分,一是StarkExService所承擔的驗證交易有效性、打包交易、調用Cairo程序執行的工作,在StarkNet中執行者為Sequencer;二是SHAPR所承擔的生成證明的工作,在StarkNet中有獨立的Prover。

Sequencer+Prover相當于ETH網絡中的礦工,完成了從交易池中挑選交易、執行交易、生成證明的過程,由此也就生成了StarkNet上的區塊。至于Sequencer和Prover的角色會合并還是分開,官方還沒有給出方案。這里有個復雜的問題:Prover給出證明所需要的時間遠遠長于Sequencer生產區塊所需要的時間,所以生成區塊和生成證明之間會有一個長達數小時的時間差,如何利用分工來解決時間差問題,將會是個不小的難題。

來源:https://www.youtube.com/watch?v=wFZ_YIetK1o

作為通用L2,StarkNet的應用場景當然比StarkEx廣泛,但是作為產品本身而言,成熟度還不夠高。

其一,StarkNet的性能并不夠好。這是由于,StarkNet要做的是ZK通用電路,而StarkEx做的是針對每個應用定制開發的電路,StarkNet處理的問題復雜度遠遠高于StarkEx。

兼容EVM的Cardano側鏈在測試網上線Alpha版本:金色財經消息,Cardano開發公司Input Output在推特上表示,已在測試網推出兼容EVM的Cardano側鏈Alpha版本。[2022/6/13 4:23:42]

官方沒有公布過StarkNet的TPS數據,但是從區塊瀏覽器來看,不論是在主網還是測試網上,大概只能實現每小時300~400筆或每分鐘15筆交易,TPS僅為0.1~0.25。當然,這個數字可能也是由于用戶量少造成的,但整體TPS不高應該是現狀。

來源:https://voyager.online/;https://goerli.voyager.online/

其二,StarkNet還沒有做到去中心化。目前,Sequencer和Prover都由StarkWare官方團隊運營,沒有搭建好去中心化的礦工節點。不過在這一點上,其實Optimistic和Arbitrum也都是由中心化的Sequencer節點運營的,是L2所面臨的共同問題。

官方在2月時發布過一篇博客,認為StarkNet目前已經實現了可用性,接下來分別要達到的目標是提升性能并實現去中心化,在性能這一方面,要在2022年的下半部分實現比ETH高一個數量級的TPS。

1.4未來構想

除了基于STARK證明系統的擴容方案外,StarkWare還構想過不少其他創新,如跨L2的聯合LP池:用戶可以在多個L2的LP池中交換代幣以增強流動性。不過這樣做的代價是會增加無常損失的風險,未必是個理想的方案。

但是,StarkWare有一個設計構想,展現了一個很宏偉的未來:通過L3來實現分形分層。簡單來說,即在StarkNet上用分形的設計層層構造ZKRollups,使得性能翻倍。而且據官方Medium,未來StarkEx也將會遷移到StarkNet上,作為一層L3服務其他協議。

來源:https://medium.com/starkware/dydx-now-on-mainnet-c21c84d8e342

如果Ln的分形分層設計真的能實現,那么TPS的提升將至少以百倍計算,甚至以太坊可能不再需要Sharding。當然,這一構想必定會面臨諸多難題,比如L2生成證明就有延時,分層的延時是否會更嚴重、如何處理,以及每一層的安全性如何保障,等等。分形分層的實現,恐怕還比較遙遠。

2.生態運營

在ToB服務側,StarkEx提供的服務比較成熟,目前TVL~10億美元,其中dYdX占95%以上。

來源:https://starkware.co/starkex/;https://l2beat.com/

在ToC服務L2這一側,目前還沒有TVL等數據,但是可以看到StarkWare具有很強的生態吸引力。官方收集了60多個正在搭建的項目,其中以Defi、Games和NFT為主。

來源:https://starkware.notion.site/Projects-Building-on-StarkNet-a33dee55778a4515a9be9bdae02ee682

值得注意的是,AAVE、Maker這兩個知名項目,也將會部署到StarkNet。兩周前,Maker已經上線了DAI在主網和StarkNet之間的轉賬,AAVE近期也在社區內公告,預期6月會完成第一階段的部署,在StarkNet上線aTokens。

除了成熟的Defi項目外,新項目中較為知名的是Jediswap,聲稱可以實現0手續費的交易,Twiiter上已有~10k粉絲。

團隊似乎也較為重視游戲開發,核心邏輯是認為StarkNet可以承載較大的計算量,對于開發優質游戲非常有利。目前,已經有相對復雜的游戲如@LootRealms、@TheDopeWars等正在籌備上線,也有相對簡單的游戲已經可以使用,如@briqNFT,這是一個用戶可以自由繪制像素圖片并生成NFT的項目。

此外,生態中還包括StarkNet原生錢包ArgentX、將Solidity編譯為Cairo語言的開發工具Warp等。

3.團隊與融資

StarkWare是一個來自以色列的團隊,有很強的學術和技術背景,核心團隊以工程師居多,共有4位合伙人。

聯創及主席EliBen-Sasson,于2001年獲得希伯來大學理論計算機科學博士學位,專攻密碼學和零知識證明。他是STARK證明系統的發明人之一,參與建立過多個加密項目,其中包括Zcash。在聯合創立StarkWare之前,Eli曾在以色列理工學院擔任計算機正教授。

聯創及CEOUriKolodny,在希伯來大學獲得計算機科學學士學位、在MITSloan獲得MBA。Uri是位連續創業者,曾聯合創辦過多家科技公司,包括醫療器械公司OmniGuide、大數據可視化開發工具Mondria等。此前,Uri曾在兩家以色列VC擔任EIR,也做過麥肯錫分析師。

聯創及首席架構師MichaelRiabzev博士,是EliBen-Sasson帶的博士生,也是ZK-STARK協議的共同發明者。

最后一名聯創,也是首席科學家AlessandroChiesa,和EliBen-Sasson聯合創辦了Zcash,在UCBerkeley計算機系任教。

StarkWare也有非常強的資本支撐。就在剛剛過去的5月,StarkWare宣布以80億美元的估值獲得了1億美元D輪融資。截止目前,StarkWare已經累計獲得2.73億美元融資,投資方包括Coatue、GreenoaksCapital、Sequoia、Paradigm、3Arrows、AlamedaResearch、EthereumFoundation等等,不僅受到以太坊社區支持,也大受資本青睞。

4.優勢與挑戰

StarkWare具有非常明顯的優勢:

1)創始團隊繼承自Zcash,既有強大的學術和技術背景、又有成功的加密領域創業經驗,是非常難得的明星團隊;

2)擴容潛力大,基于STARK的證明系統能夠最大化壓縮鏈上信息,在這一點上超過了ZKSync和OP系選手,且核心技術均為自研,對技術的掌控能力強;

3)優秀的聲譽也有利于生態建設,目前已經吸引到了AAVE、Maker這樣的成熟項目部署,可見對開發者具有較強的號召力。

StarkWare面臨的主要挑戰包括:

1)沒有做EVM兼容,對開發者的門檻較高,這也是相對于ZKSync的一個關鍵區別。在這一方面,第三方團隊Nethermind正在開發Solidity到Cairo的編譯器Warp,對于生態發展速度來說會是一個關鍵變量;

2)目前StarkNet上的Sequencer仍由團隊進行中心化運營,如何在做到去中心化的同時保證安全,也將會是一個難題。這個問題也同樣擺在Arbitrum、Optimism等相對成熟的L2項目面前,二者目前的Sequencer也都以中心化的方式運營;而對于StarkNet來說,除了負責挑選交易、產出區塊的Sequencer角色外,還有負責生成證明的Prover角色,且后者相對前者會有延時,這一問題將會更棘手。

StarkWare還沒有發幣,就已經達到了80億美元的高估值,相比之下Optimism目前FDV為~25億美元,在熊市下不排除StarkWare幣價出現倒掛的可能。這也許會讓StarkWare對于發幣更加審慎,畢竟團隊不差錢,且對用戶而言ZKRollup的手續費天然較低,財務問題不如OP系凸出。當然,對于二級市場的散戶投資者而言,或許會創造一個不錯的進入機會。

來源:金色財經

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