AIR:速覽 StarkWare 推出的 Cairo：圖靈完備的生產級 STARK 系統_CAI

Cairo是第一個用于生成通用計算的STARK證明的生產級平臺，具有圖靈完備，高效等特點。我們開發的所有內容都是用Cairo編寫的，從提交Reddit的競標開始，到我們即將部署的各個項目：DeversiFi、Immutable和dYdX。

無論你的計算和儲蓄需求有多少，如果你需要在以太坊上以較低的Gas成本大規模應用，Cairo都很有用。在接下來的幾個季度中，我們會開始提供Cairo的開發者工具，在此之前，請你直接聯系我們，我們可以一同開發你的應用。

項目背景

擴展Reddit競標對于我們StarkWare來說是一個里程碑，不光是因為我們取得的成績，更因為我們取得該成績的方法。這次Reddit競標是我們第一次在以太坊主網部署Cairo，一個用于生成通用計算的STARK證明的圖靈完備1生產級平臺。我們其他即將在主網部署的項目都會基于Cairo，包括：

一休眠13年的比特幣地址昨日晚間轉移50枚BTC:6月16日消息，鏈上數據顯示，一休眠13年的比特幣地址（13CFnF開頭）于北京時間6月15日19:37將50枚BTC（約合127萬美元）轉移至另一個地址。該地址曾于2010年收到這50枚BTC，目前該地址的比特幣余額已清零。[2023/6/16 21:41:22]

DeversiFi的StarkEx2.0

支持ImmutableX的StarkEx系統，為Immutable團隊的GodsUnchained游戲打造的NFT交易系統

為dYdX的永續合約打造的StarkEx系統

本文將涵蓋以下內容：1.我們為什么需要Cairo；2.項目的新穎之處，其性能及擴展效率；3.討論我們向社區開發者分享Cnaairo工具鏈的開發計劃。

需求：圖靈完備的生產級STARKs

自從我們成立以來，就一直專注于解決可擴展性問題，從以太坊擴展性開始。我們很早就意識到有效性證明是一個強大的擴展性解決方案，而且STARKs在為通用計算解決擴展性問題上有其獨到之處。快速回顧一下概念：一個鏈下證明器，可以處理大量運算，并產生量級上更小的有效性證明，這些證明反過來又可以在鏈上驗證。

Optimism公布第二輪追溯性公共產品募資結果:金色財經報道，以太坊二層擴容方案 Optimism 公布第二輪追溯性公共產品募資（RetroPGF 2）結果，在第二輪 RetroPGF 中，有 195 個人和項目被提名資助，所有 195 人都獲得了徽章持有者的資助。

1000 萬枚 OP 資金平均被分配給三個類別：教育、基礎設施以及工具和公用事業。教育類別中，資助了 70 人或項目，前三名接受者為 L2Beat、ETHGlobal 和 BuidlGuidl；基礎設施類別資助了 43 個項目，前三名接受者為 Protocol Guild、geth 和 Solidity；工具和公用事業項目類別資助了 82 個項目，前三名接受者為 OpenZeppelin、DefiLlama 和 wagmi。[2023/3/31 13:36:18]

我們每個合作伙伴都有一類獨特的運算需要下放到Layer2上。DeversiFi的現貨交易，Immutable的NTF生成與交易，而dYdX則要執行永續合約。為每個項目定制手寫打造一個STARK系統2將耗時巨大，就像為每個計算構建一個專用ASIC一樣。因此，我們要想拓展業務并支持高性能和速度，就需要在第二層有一個圖靈完備的生產級STARK系統，因此我們開發出了Cairo。Cairo是CPUAlgebraicIntermediateRepresentation）的首字母縮寫，并包含單個AIR來驗證這個「CPU」的指令集。

美元指數短線較高點回落近20點:10月7日消息，美元指數短線較高點回落近20點，現報112.36。[2022/10/7 18:42:00]

解決方案：Cairo，單一AIR的通用方案

Cairo連接了一系列用于構建通用計算可擴展性與零知識證明的工具鏈。

所有先前部署在測試網或者主網上的系統都只能被歸為「電路編寫庫」3。這些庫可以看作是為創建用于特定計算的ASIC的工具鏈。而Cairo與之完全不同，應該看作是從ASIC向CPU的過度。

Cairo是第一個實現圖靈完備的馮諾伊曼結構的生產級證明系統，每個Cairo程序P以及它處理的數據D都存留在虛擬機的內存中。Cairo的單一AIR可以驗證任意Cairo程序，因此驗證器也是單一的，形式可以是智能合約或者WebAssembly程序等。也就是說，Cairo的AIR可以驗證用數據D跑程序P的計算完整性，以及執行后系統狀態的正確性。

有了Cairo，新的業務邏輯不再需要新的智能合約，而只需要另外一個Cairo程序。由此，業務邏輯和證明系統的界限劃分明確了。

Trust Wallet已支持Ronin Network，可以從中存儲、發送和接收RON代幣:7月20日消息，多鏈非托管錢包Trust Wallet現在已支持跨鏈橋Ronin Network，可以直接在Trust Wallet中存儲、發送和接收RON代幣。Ronin Network是由Axie Infinity母公司Sky Mavis構建的一個與以太坊相關的側鏈。RON總供應量上限為10億枚，發行量每季度通縮。[2022/7/20 2:25:20]

用單一的AIR來解決所有問題還具有一個深遠的意義：我們可以使用單一證明來斷言不同程序執行的完整性。比如，基于VeeDo的密封競標拍賣、GodsUnchained卡牌的生成、一批dYdX上的交易，這些都可以用同一個證明來證實其有效性。我們把這項功能稱為通用驗證服務，我們很快會提供更多相關信息。

Cairo語言

Cairo程序要用到類似匯編語言的、也叫Cairo的語言來編寫，而Cairo語言具有以下功能：內存、函數調用、遞歸和分支條件。Cairo還用到了證明器端的「hints」來創建快捷方式并啟用特定計算。我們說Cairo是生產級的，我們說的不僅是即將到來的主網部署，更是我們為此構建出的強大開發環境，包括一個從Cairo語言到Cairo字節碼的編譯器、一個用于模擬Cairo執行的虛擬機、調試器、集成開發環境、還有上述提到的用Solidity編寫的單一驗證器智能合約。

Uniswap超過50%的交易由MEV機器人完成:6月2日消息，據區塊鏈數據分析平臺Dune Analytics數據顯示，Uniswap上超過50%的交易量是由MEV機器人完成，而通過Unswap UI進行交易的交易量僅占總交易量的16.4%，但通過Unswap UI進行交易的用戶數量卻占總用戶數量的62.5%。[2022/6/2 3:58:37]

我們將很快發布白皮書，詳細介紹Cairo的設計理念以及對于該新一代編程語言的完整規范。在下面幾個月中，我們會開始發布用于編寫、調試和運行Cairo程序的工具。

Cairo的效率和安全性

我們可以從兩個方面考慮效率和安全性：涉及數學的方面和工程實現方面；而Cairo會在這兩個方面都使代碼更加高效且安全。

Cairo的AIR相對簡單，也就可以為鏈上驗證和鏈下證明服務提高效率并降低成本。這也提高了安全性，因為審核單個簡單的AIR比審核多個復雜的專用AIR要安全得多。

因此，有了Cairo，我們可以依賴于單一驗證器智能合約，再也不用為每個應用都部署一個驗證器。在安全性方面這意味著：對這一份智能合約的審計就能保護所有應用都免受證明系統風險影響，而應用僅僅需要審計自己的業務邏輯。而對于業務邏輯，理解并審核其代碼相比專用AIR來說要簡單得多了。

為了理解Cairo中實際應用中的具體效率，我們來看這兩個例子：

DeversiFi

目前在以太坊主網上支持DeversiFi2.0的StarkEx系統是個ASIC的STARK，我們在Cairo中也部署了相同的StarkEx，在測試網上運行，并比較兩個系統。通常來說，CPU比ASIC要慢，但在實際案例中，由于Cairo強大的優化，兩個系統幾乎沒有差別：

Cairo證明器比當前的ASIC實現慢30%

驗證器只消耗1.03倍的gas

Reddit競標

我們與以太坊生態中的其他項目一起沖刺完成了Reddit可擴展性競標。多虧了Cairo，我們才能：

我們以前所未有的效率完成了比賽。我們可以把所有30萬個交易都打包成一個證明，還用到了聚合調用數據。這是Cairo可編程性及優化算法所得便捷性的直接成果。我們在6分03秒內完成了所有任務。

值得注意的是：更高級別的編程能輕易增加優化，這些優化帶來的好處通常大于上文提到的CPU劣勢。因此，在多數情況下，使用Cairo比使用量身定制的AIR實際上可能最終實現更好的性能。

我們以超快的速度完成了比賽。沒什么人注意到我們的單個證明在7月15日就提交到主網上了，比六周的沖刺期提前了兩周。這也是Cairo給我們帶來的奇跡。

前路漫漫

我們計劃將我們與其他人開發的Cairo和GPS提供給社區廣大的開發者，為大家提供強大的開發工具，我們計劃開發出從更高級語言到Cairo的編譯器，還要給開發者長期提供我們的云上開發環境。這都需要大量的精力與資源，Cairo不是一天建成的。我們將定期一步一步更新Cairo，為大家提供更強的功能、性能及優化。

目前我們與合作伙伴DeversiFi、Immutable和dYdX一同在使用中不斷調試Cairo，每周都有進展。如果你想現在開始在以太坊上進行開發，但受限于擴展性和日益增長的gas價格，如果你想構建一個真正的生意，需要生產級高性能的工具鏈，請聯系我們。

腳注

：我們使用該術語的通俗含義，即，涵蓋所有現實世界的通用計算

：更準確地說，應用之間的不同點就在于AIR，AIR之于STARK來說就好比運算電路與R1CS系統之于SNARKs。

：根據zkp.science的綜合分類

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