Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏

中級5/27/2024, 9:20:14 AM
近兩年 ZK 的發展速度遠超預期,ZK Rollup 雙雄 ZkSync 和 Starknet 在性能和費用上都實現了巨大的進步。本文深入淺出地探討 Starknet 的技術優勢,並簡化解釋 ZK 的證明過程。

轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》

相比於web3世界裏其它喧囂的敘事,ZK賽道在很長時間裏一直代表着漫長枯燥但意義非凡的基礎建設。 仿佛一場艱難的修行,裏面的人艱難求索,外面的人霧裏看花。

不過可喜的是,近兩年ZK的發展速度遠超預期,ZK Rollup雙雄ZkSync和Starknet在性能和費用上都實現了巨大的進步。

以太坊EIP-4844升級後,ZK Rollup在與OP Rollup的競爭格局中也逐漸走強。

更令人振奮的是,曾經的競爭對手StarkWare與Polygon Labs合作,升級了一直代表ZK前沿實力的STARK協議,正式推出Circle STARK,爲ZK證明能力帶來了又一次飛躍。

如果你已經閱讀了去年的文章(L2 Summer 將至?一文掌握 StarkNet 技術原理及生態),想要更深入了解Starknet背後奇妙的ZK證明過程,但又礙於各種令人生畏的數學公式和錯綜復雜的技術流派,那麼不妨跟隨這篇文章來了解一些關於ZK的關鍵問題。

我們會嘗試避開惱人的數學部分,並在此基礎上討論Starknet的技術優勢,尤其是近期發布的重大突破。

01

首先從ZK開始

ZK是一個標籤,也是零知識證明系統(Zero Knowledge Proof Systems)的縮寫。

作爲當下顯學,ZK證明像個神祕傳說——在不泄露任何額外的信息的前提下,證明某個事實。

這麼理想化的目標要如何實現呢?這裏我們需要類比一個做過學生都熟悉的情景。

通常,一個學生想要證明自己學業優秀,最簡潔的辦法便是出示成績單。在保證考試系統有效、公正的基礎上,一份加權成績達到A的成績單往往可以爲學生的學業水平背書,而無需展示任何具體的學業內容。

ZK證明的過程也很類似,簡單來說,它的核心成員有兩個部分:證明器(Prover)和驗證器(Verifier)。

證明器就像學校的考試系統,有一套固定的流程,爲學生生成成績單,作爲學生學術能力的證明,並呈遞給作爲驗證器的家長/公司,家長/公司通過成績單來驗證學生的能力水平。

這裏我們可以看出,整個證明過程中最艱難的部分便是證明器生成證明的過程。在具體的ZK證明中,它可以分成兩個部分——算術化和多項式承諾。

1.1 算術化

  1. 算術化,就是把復雜的證明問題轉換成代數問題,具體地,就是把我們想要證明的見證(Witness),轉換成一組多項式約束(Polynomial Constrains)。這就類似於我們把學生的學術能力,通過考試,轉化成一組分數成績。
  2. Witness:見證,是我們通常所說的鏈下計算的原始數據,包括交易數據、帳戶狀態數據、中間計算結果等,是我們用來證明交易有效性,但又不想公開的隱私數據。
  3. Polynomial Constrains:多項式約束。在ZK證明過程中要做的,就是把復雜問題轉化成數學問題,而數學證明方式最關鍵的一環,就是要找到一個多項式,並最終證明自己的確找到了。多項式約束,就是指這個多項式需要滿足的條件。

1.2 多項式承諾

多項式承諾,則是在具體的數學證明中,證明自己找到了一個多項式(Polynomial),滿足上一步算術化所生成的所有約束條件。

如果多項式證明有效,那麼數學證明成功,代表我們想要證明的問題成立。這個過程類似於我們最後得出一個加權平均分或者成績單,能夠保證學生的成績全是A,進而證明學生的學術能力優秀。

不過也許你會質疑,現實生活中,一張成績單往往並不能準確地表達一個人的學術能力,因爲我們人類的考試系統中還是存在太多的漏洞和不可控。

而在ZK的世界裏,借助是非分明的數學和公開透明的程序,這個願望正在得以實現(正如智能合約和區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證明協議,也分別是ZkSync和Starknet所使用的底層協議。

因爲相似的名稱和賽道常常被拿來對比。不過在對比之前我們不妨先引入兩個人物,從發展史的角度更好地去了解這兩個協議所構建的ZK證明系統。

2.1 Groth與SNARK

Jens Groth是UCL計算機系的一位教授(現已是榮譽教授,目前擔任Nexus的首席科學家,zkVM方向)。

此人從2009年開始,年年高產,發表多篇零知識相關的文章,我們在ZK領域常常聽到的Groth09、Groth10等等就是由他的名字和發表年份組成的。

(注:通常由於論文的名字又長又拗口,學界會用名字+年份的方式,縮寫指代一些重要的論文,比較常見的如奠定STARK基礎的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這種一人全名獨佔,還能夠連續編年的,實數罕見。)

要論其中最著名的有二:

  1. 【Groth10】Short Pairing-based Non-interactive Zero-Knowledge Arguments,提出了完整的非交互式證明方案,被認爲是SNARK的理論先驅。
  2. 【Groth16】On the Size of Pairing-based Non-interactive Arguments,在Groth10的基礎上,精簡證明尺寸,提升驗證效率,至今仍被廣泛應用。

正是在Gorth的研究基礎上,SNARK得以發展完善。

SNARK,全稱爲 Succinct Non-interactive Argument of Knowledge,是一種簡潔的零知識證明系統,它極強的可用性,使得ZK迅速應用在加密貨幣領域。

2.2 Eli Ben-Sasson 與 STARK

值得一提的是,第一個將SNARK應用於加密貨幣的協議Zerocash,它的聯合創始人正是Eli Ben-Sasson——後來的StarkWare的聯合創始人,也是STARK的發明者之一。

不僅如此,早年間的Eli Ben-Sasson積極推動SNARK協議的落地,並在13、14年接連發表論文,提出並優化SNARK的構造,提升了實用性和高效性,幫助SNARK真正得到廣泛的關注和應用。

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

STARK——Scalable Transparent Argument of Knowledge,在大批量證明時具有優勢,且整個證明過程透明,無需依賴信任的第三方,具有抗量子攻擊級別的安全性。

(注:需要聲明的是,雖然英雄史詩的故事總是膾炙人口,但任何一件成就都不是靠一個人力挽狂瀾得來的。相反,無論SNARK還是STARK,都是無數科學家共同努力的結果。我們拎出單個人物出來講,僅僅是爲了從一個側面爲這段ZK關鍵發展史提高生動性。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現,而提出STARK的作者們,更是個個身懷絕技,日後我們可以持續深扒。)

2.3 SNARK vs STARK

那麼讓Eli Ben-Sasso痛下決心另起爐竈的原因是什麼呢?SNARK又面臨哪些困境呢?

2.3.1 透明性

在回答上面的問題之前,我們可能要先回答另一個問題:在加密領域,什麼最貴?

中本聰給出的答案是——信任。

SNARK恰好踩中了這個雷區。SNARK在進行多項式承諾時,採用了KZG的方法,而KZG承諾需要一個可信設置(Trusted Setup)來生成一串公共參考字符串 (Common Reference String, CRS),進而生成證明和驗證過程中的密鑰。

回到我們那個成績單的例子,家長或者公司之所以看到一個A的平均成績,就可以判斷學生學術水平優秀,是因爲我們共同認可學術能力從高到低的排序是A、B、C、D。只有在這個標準下,A的成績才有意義。

但如果學校的評分系統被黑,學術能力的排序變成了C、A、B、D呢?原本拿C的學生就會被當成優等生被優先考慮。這就造成了誤判。

由此我們可以看出,這個被大家共同認可的標準的安全性至關重要。而在遵從黑暗森林法則的加密世界裏,這個Trusted Setup就成了巨大的隱患。

明知如此,爲什麼SNARK還要堅持使用KZG方法呢?這是因爲使用KZG得到的最終證明的尺寸太小了。還記得SNARK中的“S”代表什麼嗎?Succient(簡潔)!

小尺寸的誘惑太大了,尤其是在以太坊坎昆升級之前,精簡的證明尺寸爲SNARK帶來更好的實用性和高效性,在很長一段時間裏被更多的項目所接受。所以說處處都是trade off。

說回來STARK,爲了啃下Non-Trusted這塊硬骨頭,STARK採用了FRI(Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs)的方法來進行多項式承諾。

具體來說,FRI方法將多項式進行 Reed Solomon編碼,以Merkle樹的形式儲存,並通過Oracle完成驗證器和證明器之間的多輪交互,由此實現了可驗證性和透明性(transparent,STARK中的“T”)。

(注:需要注意的是,這裏的Oracle並不是我們在web3世界中常見的中心化或者半中心化的預言機,而是由驗證器和證明器根據協議規則,在本地模擬出來的一個去中心化的虛擬實體,是一種交互證明機制。)

如果還要類比成績單的例子,我們可以把STARK系統的多項式承諾過程看成是一個構建在鏈上的評分系統,通過區塊鏈技術保證了整個系統的公正和透明。

此外,STARK證明中,驗證器和證明器還可以通過使用一個公共的隨機信標(Random Beacon)來模擬交互過程,並最終打包成一個完整的證明,實現非交互式證明,獲得更好的可用性和異步性。

2.3.2 可拓展性

STARK的進步還表現在處理大規模復雜運算問題上的通用性和靈活性,以及它的平均證明尺寸會隨着證明規模擴大而降低,形成網路效應,即“S”所代表的Scalable。

不同於SNARK採用以R1CS爲代表的電路計算方式進行算術化,需要針對不同問題重新設計電路,STARK採用AIR(Algebraic Intermediate Representation )的方法,是一種通用的機器計算方式,通過狀態轉換方程連結不同狀態,幾乎可以將任意計算問題抽象成一組多項式約束。

同時,由於STARK使用的FRI方法生成多項式證明時,採用了遞歸的結構逐漸降低多項式的次數,使得證明尺寸的增長遠遠慢於問題規模的增長(對數級別)。因此在處理大規模運算時具有顯著的優勢。

回到成績和考試的例子中,如果我們算術化的過程比作考試,那麼SNARK和STARK就分別像傳統試卷和機考。

短期或者對於一所小學校來說,傳統試卷便宜迅速,機考則要在軟件和硬件方面做準備,看起來昂貴又麻煩。

但對於全球性成規模的考試機構來說,一臺電腦可以進行不同種類不同級別的考試,題庫的豐富度和隨機性不再需要老師爲每一次考試出題,節約了大量人力。

從長期看,隨着考試人數的累積,軟硬件的投入成本也會被大幅攤薄。

2.3.3 抗量子攻擊

除了“S”和“T”的成就,STARK還通過使用抗量子的哈希函數(如Rescue哈希,一般認爲是後量子安全的,而傳統的SHA-256哈希函數則被認爲可能在量子計算中表現脆弱)、安全性代數問題(證明器需要證明的一些復雜代數問題,目前認爲是量子計算機上也難以解決的)等方式,實現了抗量子攻擊性。

03

Circle STARK不止於此

講到這裏,我們不難發現SNARK是一個必不可少的短期內快速可行的解決方案。

但把時間拉長,隨着交易量的增長,計算復雜度的爆發,以及人們越來越清醒的意識到,信任,實際上是加密領域最昂貴的奢侈品時,STARK的優越性會越來越凸顯。

這一點目前在工業界也逐漸顯露。使用SNARKs的頭部應用ZkSync推出的Boojum版本,就已開始探索由SNARK向STARK的逐漸轉變。

而以會整活著稱的Polygon,也早早轉向STARK,今年升級的證明系統Plonky3,便是基於Polygon Labs與StarkWare的最新共同研發的Circle STARK。

Circle STARK是基於STARK更新的新一代ZK證明協議,由於巧妙的引入了圓曲線(Circle Curve),成功的將小素數域M31應用到了證明系統中,促使證明效率大幅提升。

在ZK證明系統中,素數域扮演着至關重要的角色。正是在素數域上進行運算,證明才得以實現。

素數域的選擇代表着效率和安全性的平衡。素數域越小,所需的運算量越小,效率越高。

另一方面,大的素數域通常代表着更高級別的安全性,這也是爲什麼過去STARK和SNARK都採用大素數域的原因。

而Circle STARK的創新性就表現在,通過結合圓曲線的特殊結合使用了M31這種小素數域,在提升證明效率的同時,成功保障了後量子安全性。

StarkWare方面目前推出並開源了基於Circle STARK的新一代證明器Stwo,預計Stwo的證明效率將達到初代證明器Stone的100倍。

Stwo將與高級Cario完全兼容,當前基於Stone證明器的Starknet Pover (SHARP Prover),未來也將使用Stwo。屆時Starknet生態的開發者和用戶將直接受益於Stwo帶來的性能提升,而無需進行任何操作。

除了提升證明速度,Polygon的聯合創始人Brendan Farmer 還提到,Circle STARK 的應用,最終將顯著降低費用,並擴展到更多應用證明。

Eli Ben-Sasson 更是樂觀表示,Circle STARK的推出可以視爲一個重要的裏程碑,最高效的證明系統將會在不遠的未來面世,更多的突破和改進也將持續進行。

04

Starknet持續發力,提升性能

通過上面的分析,我們可以很清楚的看到,STARK證明系統和它的最新升級版本Circle STARK是當之無愧的前沿力量和明日之星,作爲StarkWare親兒子的Starknet在ZK Rollup的道路上更是前途無量。

但也許是好事多磨,Starknet卻在很長一段時間裏飽受爭議。原因無他,體驗和費用。

不過還好,通過StarkWare的持續努力,這些問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成果,以及根據路線圖規劃的進一步動作。

4.1 V0.12

Starknet Alpha v0.12.0代號量子躍遷,於2023年7月上線主網。這次優化的重點是提升網路性能和優化用戶體驗。

吞吐量和延遲一般被視爲衡量網路性能的標準。通過優化排序器Rust化和升級Cario語言,Starknet的區塊執行時間顯著降低,吞吐量從 v0.11.0 版本的3萬 CSPS( Cairo steps per second ,每秒Cario步數)飆升至22 萬 CSPS,性能得到了極大提高。

一直廣受詬病的交互體驗問題也得到了解決,曾經爲了等待主網確認而平均長達20分鍾pending狀態將成爲歷史。

用戶端在Layer 確認完成後,就算交易成功,因此交易時間縮短到10秒左右,體驗大大提升。

這次被視爲裏程碑式的升級幫助Starknet的TVL成功突破了1億美元,單周漲幅超過43%。

4.2 V0.13

2024 年1月上線的 v0.13.0 版本擴大了區塊尺寸,計算成本大幅降低 50%,數據可用性成本降低 25%。

V0.13.1 提前部署了對以太坊 EIP-4844 的支持,因此Starknet在坎昆升級後的幾小時內就啓用了 blob 功能,並成爲第一個大幅降低用戶手續費的 L2。

在今年接下來的時間裏,按照路線圖計劃,V0.13.2 將支持交易並行化,可以同時處理更多交易,提升網路吞吐量和降低延遲。

V0.13.3將把Cairo Native 集成到Starknet排序器中,進一步提升排序器的性能。屆時網路速度會進一步加速。

4.3 V0.14以及後續升級計劃

根據路線圖,預計備受期待的Volition將在V.0.14.0 升級中上線。

目前以太坊上的數據可用性存儲(Data Avaliablity, DA)消耗了Starknet網路上絕大多數gas費用,因此降低以太坊上的DA存儲是降低費用的關鍵。

Volition可以允許開發者選擇將一部分數據存儲在Starknet L2上,最終把這部分數據的狀態根(root)提交到以太坊L1。通過這種方式,大大降低L1的DA存儲成本,進一步達到降低費用的目的。

V.0.14.0 版本還計劃採用應用遞歸(Applicative Recursion)的方式,一次批量處理多個區塊的的L1 足跡(Layer 1 footprint,是在以太坊上爲支持Starknet運行而需要存儲和處理的數據和計算任務)進而降低費用成本。

目前starknet的每個區塊都有一個專有證明,每個區塊都需要在以太坊上花費一筆固定的運營成本,因此網路常常要積攢足夠的交易量來分擔區塊成本,才會打包一個區塊。 這就導致了出塊時間的不確定和區塊成本利用效率的低效。有了應用遞歸之後,驗證器可以將幾個區塊一起打包證明,即縮短了區塊時間,又分擔了費用成本。

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

05

生態建設

5.1 現況

隨着性能的穩步提升和費用的持續降低,Starknet上的生態格局目前已趨於完善。

基礎設施上,錢包項目Agent X和Braavos作爲自托管的智能錢包,不僅保證了安全性,還適配了starknet原生的帳戶抽象,作爲web3世界的入口,給用戶帶來了良好的交互體驗。

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

DID的頭部項目Starknet.id承擔了ENS在以太坊上的角色,支持用戶鑄造NFT作爲Starknet鏈上身分和通行證。

傳統的紅海Defi方面,目前Starknet上也成長出Nostra、Ekubo、zkLend、ZKX、Carmine Options等頭部項目,在迅速佔領Dex、質押、借貸、合約重點板塊業務的同時,各家Defi項目也都在產品上努力推陳出新。

比如ZKX採用遊戲化的交互以及DAO的治理形態,打造了一個獨特的自治永續合約交易所;

Ekubo推出單例設計使用一個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,在市場波動過大時,可以有效降低無常損失等,都爲生態注入了更多的活力。

Gamefi是Starknet官方寄予厚望的板塊,除了頭部項目Loot生態以Realms爲代表的戰略類全鏈遊戲外,還有街頭風格的Dope Wars、星際探索爲背景的戰略遊戲Influence,以及由Starknet原生團隊打造的基於物理知識的Topology,堪稱Starknet上全鏈遊戲的四大天王。

此外Socialfi上出現了xfam.tech,類似於此前大熱的friend.tech,填補了社交領域的空白。

自從今年年初$STRK空投發幣以來,Starknet上的活躍度明顯提高。不止如此,生態內的項目如zkLend、Ekubo和ZKX都已相繼發布原生代幣$ZEND、$EKUBO和$ZKX ;

生態龍頭Nostra Finance也發布了Starknet上第一個原生USD穩定幣$UNO以及質押$STRK獲得的$NSTSTRK。

多層次的代幣發放無疑是Starknet生態的一劑強心針,到今年上半年,Starknet生態的數據總體表現不錯。

不過在如今Layer1、Layer2衆神混戰的時刻,想要保證持續的生命力,還需要產品和技術上的雙重創新,打造出真正的爆款應用,鏈上活力才能穩步再上一個臺階。

這背後除了官方團隊,還需要的是開發者社區的持續發力,這也是Starknet團隊一直以來極度開發者友好,甚至在空投中給出史無前例的開發者獎勵的原因之一。

5.2 挑戰和選擇

前面我們說過,STARK從一開始就是爲了安全的大規模復雜證明而生的,一脈相承的Starknet也是如此。

爲了實現這個宏大又純粹的目標,許多努力就在所難免,Cairo語言就是其一。

(注:Cairo語言是StarkWare專門爲STARK證明系統設計的編程語言,能夠高效生成證明,優化鏈下計算,有效的彌補了Solidity在執行證明上的局限性。)

不同於其它Layer使用Solidity進行智能合約的開發,開發者在Starknet上必須使用原生的Cairo語言進行開發,這就直接給開發者增加了學習成本和準入門檻。

另一方面,由於Cairo VM與EVM並不兼容,許多以太坊上的成熟項目不能直接遷移到Starknet上,這也造成了Starknet雖然作爲一條以太坊Layer2, 但卻很難享受到大生態的紅利。

目前Starknet鏈上超過90%的dApp都是鏈原生的,項目開發成本不可謂不大。

當此窘境,Starknet的選擇,我們可以從Eli Ben-Sasson年初的文章@think-integrity/stubborn%2C-or-steadfast">《固守還是堅持》中找到答案。

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漂亮的性能表現,就像坐在一只飛奔的老虎上後患無窮。 作爲堅守技術的真正信仰者,也絕不會將二流技術套上一流的包裝進行販賣。

Starknet想做的,是真正的證明,可以經得起滔天數據和黑暗森林的證明。而對證明的堅守,就是對安全性的堅守。

爲了堅守,Starknet上的開發者激勵措施十分豐富,除了黑客松等社區活動外,近期還推出了真金白銀的種子資助計劃(Seed Grand Program),入選團隊將可獲得高達2.5萬美金USDC的非稀釋資助獎勵,用以支持其在Starknet上的生態建設。

專門針對遊戲板塊,目前基金會的遊戲助力試點計劃(The Propulsion Pilot Program),將選擇多達20款遊戲,根據他們在Starknet主網的Gas消耗情況進行資助獎勵,每款遊戲最多可獲得100萬美金的獎勵。

此外,與Starknet達成深度戰略合作的以太坊客戶端開發團隊Nethermind,也同時發布了總額100萬美金的Starknet資助計劃(Starknet Grand Program),單個項目可獲得最高25萬美金資助,並獲得Nethermind團隊的技術支持。

Starknet也正從兩方面着手努力打通與以太坊之間的壁壘。一邊是由Nethermind開發的Warp項目,致力於將Solidity代碼轉化爲Cairo代碼,在高級語言層面實現兼容性。 另一邊由StarkWare團隊成員開發的Kakarot zkEVM的方案,以Cairo模擬EVM的環境,嘗試創建一個可證明的EVM。項目目前仍在開發中。

5.3 未來

在StarkWare的努力下,目前Cairo的開發者社區正在不斷壯大,隨着開發者社區的繁榮,生態也將孵化出更多優秀的產品和工具,進一步吸引更多優秀的開發者加入Cairo社區,形成正向循環。

我們除了在DeFi等傳統領域中期待能夠誕生優秀的產品外,結合Starknet逐步兌現的性能提升以及計算完整性優勢,Starknet上也逐步湧現出一些有可能代表未來的趨勢板塊。

5.3.1 全鏈遊戲

全鏈遊戲(Fully On-Chain Games,FOCG,也被稱爲Infinite Games)的概念早在區塊鏈興起時就風靡一時,備受遊戲玩家的期待。

它將遊戲的規則和數據完全儲存在鏈上,基於智能合約執行所有的運行和交互,讓玩家真正擁有遊戲資產的所有權,保證規則的透明可驗證,並提供開放的經濟系統,爲玩家創造更加自由公平的遊戲體驗。

但礙於早期鏈上吞吐量、費用和交互模式等方面的限制,全鏈遊戲很長時間還只是美好的願景,並沒有實現mass adoption。

不過隨着Starknet各方面表現的不斷優化,我們可以從以下幾個方面看到Starknet十分有潛力成爲孕育全鏈遊戲的沃土。

5.3.1.1 原生的帳戶抽象

帳戶抽象(Account Abstraction,AA)是提升交互體驗、幫助web2用戶進入web3的關鍵一步。

簡單來說,就是把我們過去作爲個人常用的以太坊上的EOA帳戶,轉向智能合約帳戶(CA),由於合約帳戶的可編程性,可以根據預先設置,在保障安全性的前提下,簡化當前復雜的操作步驟,優化用戶體驗。

Starknet的設計從一開始就把原生的帳戶抽象作爲必選項,每個帳戶都是一個智能合約帳戶,從系統設計上降低了實現AA的復雜性。

原生的錢包dApp Agent X和Braavos都支持帳戶抽象,可以爲用戶帶來Web2等同的體驗。

在遊戲情境下,帳戶抽象的作用會更加明顯。比如由Starknet鏈上幾家頭部鏈遊團隊Briq、Loot Realms和Topology發起的會話祕鑰(Session Key)功能,如今上線的Loot Survivor就使用了該功能,採用無錢包登入(Session Wallet),用戶不再需要爲每一步“進攻”操作籤名,極大優化了體驗。

5.3.1.2 Cairo生態逐步完善

隨着Starknet的持續優化和性能提升,目前已有大批遊戲社區入駐一同建設Cairo生態,隨着一系列基礎設施的推出,目前生態的遊戲框架已經基本形成。

Dojo是一個基於Cairo的鏈上遊戲引擎,創建於2023年2月,目前由社區共同運營維護。

遊戲引擎是構建遊戲的基礎,它爲遊戲開發者提供一個由合約、工具和代碼庫組成的開發框架,這樣他們就不必從零開始構建遊戲的基本系統,讓構建鏈上遊戲變得更加容易。

(注:Web2遊戲最流行的兩個遊戲引擎是Unity和Unreal Engine,我們熟悉的《爐石傳說》、《街頭霸王》等就分別構建在這兩個遊戲引擎的基礎上。目前Web3遊戲引擎的發展還處在早期,已有的兩個加密遊戲引擎,分別是構建在EVM上的MUD和基於Cairo的Dojo。Dojo是首個可證明的加密遊戲引擎。)

Cartridge是一個遊戲啓動器,它一方面基於Dojo爲開發者提供工具和代碼庫,用於創建和部署遊戲,包括鏈上遊戲邏輯、可擴展架構、無縫用戶接入、模塊化開發和貨幣化方案等。

另一方面爲玩家簡化了交互流程,方便玩家發現和進入他們喜歡的遊戲。

5.3.1.3 Layer 3

Starknet作爲使用Zk Rollup的通用型Layer2,除了出衆的安全性能、高吞吐量、以及大幅降低的費用以外,爲了滿足特定需求,還推出了Layer3 Appchain的定制化開發。

遊戲開發者可以根據自己的需求,定制優化鏈上執行環境和共識機制,打造高性能、低延遲、低費用的遊戲專屬鏈。這也爲全鏈遊戲帶來更多的可能性。

Realms和Cartridge就在年初成合作將共同開發“Realms World L3”,預計在今年Q3正式推出,在Starknet的基礎上運行整個Realms生態,屆時將會有更快的速度和更低廉的費用,進一步優化用戶體驗。

此外,Dope Wars也表示將同Cartridge合作發布一條Layer3,並使用$PAPER作爲Gas token。

5.3.1.4 小結

雖然在大衆眼中,Starknet在Gamefi的表現也許並不算出彩,但如果把眼光聚集在全鏈遊戲上,Starknet上的生態友好度、明確的全鏈使命感以及自身的技術優勢,對開發者和玩家來講都是吸引力十足的。

我們可以看到目前Starknet上遊戲開發者對Cairo生態的建設熱情很高,頭部項目通力合作促成了Dojo等關鍵基礎設施的落成。

如果有一天全鏈遊戲能夠完全實現,越來越多的遊戲發燒友進入web3的遊戲世界,真正獲得對遊戲資產的所有權,我們有理由期待這一切會發生在Starknet上。

5.3.2 ZKML

隨着AI和區塊鏈技術的雙雙爆發,AI+Blockchain被越來越廣泛的認爲是未來的發展方向,ZKML(Zero Knowledge Machine Learning,零知識證明機器學習)便是一種解決方案。

傳統的ML模型像個黑盒,由於被中心化機構所擁有,普通用戶除了相信大機構的背書,無法驗證自己在使用的究竟是什麼模型,是否由可靠的數據訓練得來。這也是目前中心化大模型被詬病的主要原因之一。

而如果簡單的將模型上鏈採用去中心化的方式進行訓練和運行,不光Gas成本太高,由於鏈上Non-trusted的環境,也無法保證模型和訓練數據的可靠性。

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

同時,由於ZK本身具備的隱私性的特點,也使ZKML在金融、醫療等敏感領域前景廣闊。

在Starknet上基於Cairo構建ZKML有天然的優勢。Cairo作爲爲證明而生的開發語言,具有優秀的計算完整性,且在證明上高度抽象,開發者可以直接調用證明組件,而無需自行處理證明問題,極大簡化了開發流程。

同時,得益於STARK的可拓展性優勢,在處理大規模運算數據時具有顯著的網路效應,能夠高效且低成本地承載機器學習所需的海量數據。因此,Starknet上以Giza Tech爲基礎的ZKML正在迅速發展。

Giza是一個Starknet上的ZKML中間件平台,提供Orion開發框架,使開發者能夠使用熟悉的框架(如PyTorch、TensorFlow)進行模型訓練,並輕鬆地在Starknet上進行部署。

同時Giza還推出了一個將ZKML於多鏈行爲結合的代理框架Agents,開發者可以基於ZKML創建鏈上AI代理,與智能合約交互,並根據預定義的規則進行決策。

目前Giza已經應用在多個項目中,比如社交上,與Circles Network合作,進行社交圖譜分析,偵查虛假用戶。

DeFi方面,Yearn Finance合作,爲其提供基於ZKML的智能投資策略和風險管理方案。

最新入選Starknet種子資助計劃的ML Village則通過Giza將ZKML引入鏈遊進行決策,展現出了廣闊的應用前景。

06

總結

根據Starknet官方近期發布,預計2024年可以實現Gas費降低至遠低於$0.01,同時數百TPS,成爲TPS最高的Layer2。

這個目標對於Starknet來說並不算雄偉,事實上,StarkWare對Starknet的定位,也遠不止一條Layer那麼簡單。

從產品和市場的關鍵選擇上,Starknet與Solana更爲相似,把EVM的紅利和束縛一並拋棄,從頭建設。

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

而這個看似美滿的結果,正如我們開頭所講,是一場堅守長期主義的修行,是無數次舍近求遠的負重前行。我們期待Starknet上能夠在未來釋放更多的活力。

聲明:

  1. 本文轉載自[Mirror],轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》,著作權歸屬原作者[Biteye 核心貢獻者 Anci],如對轉載有異議,請聯系Gate Learn團隊,團隊會根據相關流程盡速處理。
  2. 免責聲明:本文所表達的觀點和意見僅代表作者個人觀點,不構成任何投資建議。
  3. 文章其他語言版本由Gate Learn團隊翻譯, 在未提及Gate.io)的情況下不得復制、傳播或抄襲經翻譯文章。

Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏

中級5/27/2024, 9:20:14 AM
近兩年 ZK 的發展速度遠超預期,ZK Rollup 雙雄 ZkSync 和 Starknet 在性能和費用上都實現了巨大的進步。本文深入淺出地探討 Starknet 的技術優勢,並簡化解釋 ZK 的證明過程。

轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》

相比於web3世界裏其它喧囂的敘事,ZK賽道在很長時間裏一直代表着漫長枯燥但意義非凡的基礎建設。 仿佛一場艱難的修行,裏面的人艱難求索,外面的人霧裏看花。

不過可喜的是,近兩年ZK的發展速度遠超預期,ZK Rollup雙雄ZkSync和Starknet在性能和費用上都實現了巨大的進步。

以太坊EIP-4844升級後,ZK Rollup在與OP Rollup的競爭格局中也逐漸走強。

更令人振奮的是,曾經的競爭對手StarkWare與Polygon Labs合作,升級了一直代表ZK前沿實力的STARK協議,正式推出Circle STARK,爲ZK證明能力帶來了又一次飛躍。

如果你已經閱讀了去年的文章(L2 Summer 將至?一文掌握 StarkNet 技術原理及生態),想要更深入了解Starknet背後奇妙的ZK證明過程,但又礙於各種令人生畏的數學公式和錯綜復雜的技術流派,那麼不妨跟隨這篇文章來了解一些關於ZK的關鍵問題。

我們會嘗試避開惱人的數學部分,並在此基礎上討論Starknet的技術優勢,尤其是近期發布的重大突破。

01

首先從ZK開始

ZK是一個標籤,也是零知識證明系統(Zero Knowledge Proof Systems)的縮寫。

作爲當下顯學,ZK證明像個神祕傳說——在不泄露任何額外的信息的前提下,證明某個事實。

這麼理想化的目標要如何實現呢?這裏我們需要類比一個做過學生都熟悉的情景。

通常,一個學生想要證明自己學業優秀,最簡潔的辦法便是出示成績單。在保證考試系統有效、公正的基礎上,一份加權成績達到A的成績單往往可以爲學生的學業水平背書,而無需展示任何具體的學業內容。

ZK證明的過程也很類似,簡單來說,它的核心成員有兩個部分:證明器(Prover)和驗證器(Verifier)。

證明器就像學校的考試系統,有一套固定的流程,爲學生生成成績單,作爲學生學術能力的證明,並呈遞給作爲驗證器的家長/公司,家長/公司通過成績單來驗證學生的能力水平。

這裏我們可以看出,整個證明過程中最艱難的部分便是證明器生成證明的過程。在具體的ZK證明中,它可以分成兩個部分——算術化和多項式承諾。

1.1 算術化

  1. 算術化,就是把復雜的證明問題轉換成代數問題,具體地,就是把我們想要證明的見證(Witness),轉換成一組多項式約束(Polynomial Constrains)。這就類似於我們把學生的學術能力,通過考試,轉化成一組分數成績。
  2. Witness:見證,是我們通常所說的鏈下計算的原始數據,包括交易數據、帳戶狀態數據、中間計算結果等,是我們用來證明交易有效性,但又不想公開的隱私數據。
  3. Polynomial Constrains:多項式約束。在ZK證明過程中要做的,就是把復雜問題轉化成數學問題,而數學證明方式最關鍵的一環,就是要找到一個多項式,並最終證明自己的確找到了。多項式約束,就是指這個多項式需要滿足的條件。

1.2 多項式承諾

多項式承諾,則是在具體的數學證明中,證明自己找到了一個多項式(Polynomial),滿足上一步算術化所生成的所有約束條件。

如果多項式證明有效,那麼數學證明成功,代表我們想要證明的問題成立。這個過程類似於我們最後得出一個加權平均分或者成績單,能夠保證學生的成績全是A,進而證明學生的學術能力優秀。

不過也許你會質疑,現實生活中,一張成績單往往並不能準確地表達一個人的學術能力,因爲我們人類的考試系統中還是存在太多的漏洞和不可控。

而在ZK的世界裏,借助是非分明的數學和公開透明的程序,這個願望正在得以實現(正如智能合約和區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證明協議,也分別是ZkSync和Starknet所使用的底層協議。

因爲相似的名稱和賽道常常被拿來對比。不過在對比之前我們不妨先引入兩個人物,從發展史的角度更好地去了解這兩個協議所構建的ZK證明系統。

2.1 Groth與SNARK

Jens Groth是UCL計算機系的一位教授(現已是榮譽教授,目前擔任Nexus的首席科學家,zkVM方向)。

此人從2009年開始,年年高產,發表多篇零知識相關的文章,我們在ZK領域常常聽到的Groth09、Groth10等等就是由他的名字和發表年份組成的。

(注:通常由於論文的名字又長又拗口,學界會用名字+年份的方式,縮寫指代一些重要的論文,比較常見的如奠定STARK基礎的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這種一人全名獨佔,還能夠連續編年的,實數罕見。)

要論其中最著名的有二:

  1. 【Groth10】Short Pairing-based Non-interactive Zero-Knowledge Arguments,提出了完整的非交互式證明方案,被認爲是SNARK的理論先驅。
  2. 【Groth16】On the Size of Pairing-based Non-interactive Arguments,在Groth10的基礎上,精簡證明尺寸,提升驗證效率,至今仍被廣泛應用。

正是在Gorth的研究基礎上,SNARK得以發展完善。

SNARK,全稱爲 Succinct Non-interactive Argument of Knowledge,是一種簡潔的零知識證明系統,它極強的可用性,使得ZK迅速應用在加密貨幣領域。

2.2 Eli Ben-Sasson 與 STARK

值得一提的是,第一個將SNARK應用於加密貨幣的協議Zerocash,它的聯合創始人正是Eli Ben-Sasson——後來的StarkWare的聯合創始人,也是STARK的發明者之一。

不僅如此,早年間的Eli Ben-Sasson積極推動SNARK協議的落地,並在13、14年接連發表論文,提出並優化SNARK的構造,提升了實用性和高效性,幫助SNARK真正得到廣泛的關注和應用。

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

STARK——Scalable Transparent Argument of Knowledge,在大批量證明時具有優勢,且整個證明過程透明,無需依賴信任的第三方,具有抗量子攻擊級別的安全性。

(注:需要聲明的是,雖然英雄史詩的故事總是膾炙人口,但任何一件成就都不是靠一個人力挽狂瀾得來的。相反,無論SNARK還是STARK,都是無數科學家共同努力的結果。我們拎出單個人物出來講,僅僅是爲了從一個側面爲這段ZK關鍵發展史提高生動性。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現,而提出STARK的作者們,更是個個身懷絕技,日後我們可以持續深扒。)

2.3 SNARK vs STARK

那麼讓Eli Ben-Sasso痛下決心另起爐竈的原因是什麼呢?SNARK又面臨哪些困境呢?

2.3.1 透明性

在回答上面的問題之前,我們可能要先回答另一個問題:在加密領域,什麼最貴?

中本聰給出的答案是——信任。

SNARK恰好踩中了這個雷區。SNARK在進行多項式承諾時,採用了KZG的方法,而KZG承諾需要一個可信設置(Trusted Setup)來生成一串公共參考字符串 (Common Reference String, CRS),進而生成證明和驗證過程中的密鑰。

回到我們那個成績單的例子,家長或者公司之所以看到一個A的平均成績,就可以判斷學生學術水平優秀,是因爲我們共同認可學術能力從高到低的排序是A、B、C、D。只有在這個標準下,A的成績才有意義。

但如果學校的評分系統被黑,學術能力的排序變成了C、A、B、D呢?原本拿C的學生就會被當成優等生被優先考慮。這就造成了誤判。

由此我們可以看出,這個被大家共同認可的標準的安全性至關重要。而在遵從黑暗森林法則的加密世界裏,這個Trusted Setup就成了巨大的隱患。

明知如此,爲什麼SNARK還要堅持使用KZG方法呢?這是因爲使用KZG得到的最終證明的尺寸太小了。還記得SNARK中的“S”代表什麼嗎?Succient(簡潔)!

小尺寸的誘惑太大了,尤其是在以太坊坎昆升級之前,精簡的證明尺寸爲SNARK帶來更好的實用性和高效性,在很長一段時間裏被更多的項目所接受。所以說處處都是trade off。

說回來STARK,爲了啃下Non-Trusted這塊硬骨頭,STARK採用了FRI(Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs)的方法來進行多項式承諾。

具體來說,FRI方法將多項式進行 Reed Solomon編碼,以Merkle樹的形式儲存,並通過Oracle完成驗證器和證明器之間的多輪交互,由此實現了可驗證性和透明性(transparent,STARK中的“T”)。

(注:需要注意的是,這裏的Oracle並不是我們在web3世界中常見的中心化或者半中心化的預言機,而是由驗證器和證明器根據協議規則,在本地模擬出來的一個去中心化的虛擬實體,是一種交互證明機制。)

如果還要類比成績單的例子,我們可以把STARK系統的多項式承諾過程看成是一個構建在鏈上的評分系統,通過區塊鏈技術保證了整個系統的公正和透明。

此外,STARK證明中,驗證器和證明器還可以通過使用一個公共的隨機信標(Random Beacon)來模擬交互過程,並最終打包成一個完整的證明,實現非交互式證明,獲得更好的可用性和異步性。

2.3.2 可拓展性

STARK的進步還表現在處理大規模復雜運算問題上的通用性和靈活性,以及它的平均證明尺寸會隨着證明規模擴大而降低,形成網路效應,即“S”所代表的Scalable。

不同於SNARK採用以R1CS爲代表的電路計算方式進行算術化,需要針對不同問題重新設計電路,STARK採用AIR(Algebraic Intermediate Representation )的方法,是一種通用的機器計算方式,通過狀態轉換方程連結不同狀態,幾乎可以將任意計算問題抽象成一組多項式約束。

同時,由於STARK使用的FRI方法生成多項式證明時,採用了遞歸的結構逐漸降低多項式的次數,使得證明尺寸的增長遠遠慢於問題規模的增長(對數級別)。因此在處理大規模運算時具有顯著的優勢。

回到成績和考試的例子中,如果我們算術化的過程比作考試,那麼SNARK和STARK就分別像傳統試卷和機考。

短期或者對於一所小學校來說,傳統試卷便宜迅速,機考則要在軟件和硬件方面做準備,看起來昂貴又麻煩。

但對於全球性成規模的考試機構來說,一臺電腦可以進行不同種類不同級別的考試,題庫的豐富度和隨機性不再需要老師爲每一次考試出題,節約了大量人力。

從長期看,隨着考試人數的累積,軟硬件的投入成本也會被大幅攤薄。

2.3.3 抗量子攻擊

除了“S”和“T”的成就,STARK還通過使用抗量子的哈希函數(如Rescue哈希,一般認爲是後量子安全的,而傳統的SHA-256哈希函數則被認爲可能在量子計算中表現脆弱)、安全性代數問題(證明器需要證明的一些復雜代數問題,目前認爲是量子計算機上也難以解決的)等方式,實現了抗量子攻擊性。

03

Circle STARK不止於此

講到這裏,我們不難發現SNARK是一個必不可少的短期內快速可行的解決方案。

但把時間拉長,隨着交易量的增長,計算復雜度的爆發,以及人們越來越清醒的意識到,信任,實際上是加密領域最昂貴的奢侈品時,STARK的優越性會越來越凸顯。

這一點目前在工業界也逐漸顯露。使用SNARKs的頭部應用ZkSync推出的Boojum版本,就已開始探索由SNARK向STARK的逐漸轉變。

而以會整活著稱的Polygon,也早早轉向STARK,今年升級的證明系統Plonky3,便是基於Polygon Labs與StarkWare的最新共同研發的Circle STARK。

Circle STARK是基於STARK更新的新一代ZK證明協議,由於巧妙的引入了圓曲線(Circle Curve),成功的將小素數域M31應用到了證明系統中,促使證明效率大幅提升。

在ZK證明系統中,素數域扮演着至關重要的角色。正是在素數域上進行運算,證明才得以實現。

素數域的選擇代表着效率和安全性的平衡。素數域越小,所需的運算量越小,效率越高。

另一方面,大的素數域通常代表着更高級別的安全性,這也是爲什麼過去STARK和SNARK都採用大素數域的原因。

而Circle STARK的創新性就表現在,通過結合圓曲線的特殊結合使用了M31這種小素數域,在提升證明效率的同時,成功保障了後量子安全性。

StarkWare方面目前推出並開源了基於Circle STARK的新一代證明器Stwo,預計Stwo的證明效率將達到初代證明器Stone的100倍。

Stwo將與高級Cario完全兼容,當前基於Stone證明器的Starknet Pover (SHARP Prover),未來也將使用Stwo。屆時Starknet生態的開發者和用戶將直接受益於Stwo帶來的性能提升,而無需進行任何操作。

除了提升證明速度,Polygon的聯合創始人Brendan Farmer 還提到,Circle STARK 的應用,最終將顯著降低費用,並擴展到更多應用證明。

Eli Ben-Sasson 更是樂觀表示,Circle STARK的推出可以視爲一個重要的裏程碑,最高效的證明系統將會在不遠的未來面世,更多的突破和改進也將持續進行。

04

Starknet持續發力,提升性能

通過上面的分析,我們可以很清楚的看到,STARK證明系統和它的最新升級版本Circle STARK是當之無愧的前沿力量和明日之星,作爲StarkWare親兒子的Starknet在ZK Rollup的道路上更是前途無量。

但也許是好事多磨,Starknet卻在很長一段時間裏飽受爭議。原因無他,體驗和費用。

不過還好,通過StarkWare的持續努力,這些問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成果,以及根據路線圖規劃的進一步動作。

4.1 V0.12

Starknet Alpha v0.12.0代號量子躍遷,於2023年7月上線主網。這次優化的重點是提升網路性能和優化用戶體驗。

吞吐量和延遲一般被視爲衡量網路性能的標準。通過優化排序器Rust化和升級Cario語言,Starknet的區塊執行時間顯著降低,吞吐量從 v0.11.0 版本的3萬 CSPS( Cairo steps per second ,每秒Cario步數)飆升至22 萬 CSPS,性能得到了極大提高。

一直廣受詬病的交互體驗問題也得到了解決,曾經爲了等待主網確認而平均長達20分鍾pending狀態將成爲歷史。

用戶端在Layer 確認完成後,就算交易成功,因此交易時間縮短到10秒左右,體驗大大提升。

這次被視爲裏程碑式的升級幫助Starknet的TVL成功突破了1億美元,單周漲幅超過43%。

4.2 V0.13

2024 年1月上線的 v0.13.0 版本擴大了區塊尺寸,計算成本大幅降低 50%,數據可用性成本降低 25%。

V0.13.1 提前部署了對以太坊 EIP-4844 的支持,因此Starknet在坎昆升級後的幾小時內就啓用了 blob 功能,並成爲第一個大幅降低用戶手續費的 L2。

在今年接下來的時間裏,按照路線圖計劃,V0.13.2 將支持交易並行化,可以同時處理更多交易,提升網路吞吐量和降低延遲。

V0.13.3將把Cairo Native 集成到Starknet排序器中,進一步提升排序器的性能。屆時網路速度會進一步加速。

4.3 V0.14以及後續升級計劃

根據路線圖,預計備受期待的Volition將在V.0.14.0 升級中上線。

目前以太坊上的數據可用性存儲(Data Avaliablity, DA)消耗了Starknet網路上絕大多數gas費用,因此降低以太坊上的DA存儲是降低費用的關鍵。

Volition可以允許開發者選擇將一部分數據存儲在Starknet L2上,最終把這部分數據的狀態根(root)提交到以太坊L1。通過這種方式,大大降低L1的DA存儲成本,進一步達到降低費用的目的。

V.0.14.0 版本還計劃採用應用遞歸(Applicative Recursion)的方式,一次批量處理多個區塊的的L1 足跡(Layer 1 footprint,是在以太坊上爲支持Starknet運行而需要存儲和處理的數據和計算任務)進而降低費用成本。

目前starknet的每個區塊都有一個專有證明,每個區塊都需要在以太坊上花費一筆固定的運營成本,因此網路常常要積攢足夠的交易量來分擔區塊成本,才會打包一個區塊。 這就導致了出塊時間的不確定和區塊成本利用效率的低效。有了應用遞歸之後,驗證器可以將幾個區塊一起打包證明,即縮短了區塊時間,又分擔了費用成本。

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

05

生態建設

5.1 現況

隨着性能的穩步提升和費用的持續降低,Starknet上的生態格局目前已趨於完善。

基礎設施上,錢包項目Agent X和Braavos作爲自托管的智能錢包,不僅保證了安全性,還適配了starknet原生的帳戶抽象,作爲web3世界的入口,給用戶帶來了良好的交互體驗。

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

DID的頭部項目Starknet.id承擔了ENS在以太坊上的角色,支持用戶鑄造NFT作爲Starknet鏈上身分和通行證。

傳統的紅海Defi方面,目前Starknet上也成長出Nostra、Ekubo、zkLend、ZKX、Carmine Options等頭部項目,在迅速佔領Dex、質押、借貸、合約重點板塊業務的同時,各家Defi項目也都在產品上努力推陳出新。

比如ZKX採用遊戲化的交互以及DAO的治理形態,打造了一個獨特的自治永續合約交易所;

Ekubo推出單例設計使用一個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,在市場波動過大時,可以有效降低無常損失等,都爲生態注入了更多的活力。

Gamefi是Starknet官方寄予厚望的板塊,除了頭部項目Loot生態以Realms爲代表的戰略類全鏈遊戲外,還有街頭風格的Dope Wars、星際探索爲背景的戰略遊戲Influence,以及由Starknet原生團隊打造的基於物理知識的Topology,堪稱Starknet上全鏈遊戲的四大天王。

此外Socialfi上出現了xfam.tech,類似於此前大熱的friend.tech,填補了社交領域的空白。

自從今年年初$STRK空投發幣以來,Starknet上的活躍度明顯提高。不止如此,生態內的項目如zkLend、Ekubo和ZKX都已相繼發布原生代幣$ZEND、$EKUBO和$ZKX ;

生態龍頭Nostra Finance也發布了Starknet上第一個原生USD穩定幣$UNO以及質押$STRK獲得的$NSTSTRK。

多層次的代幣發放無疑是Starknet生態的一劑強心針,到今年上半年,Starknet生態的數據總體表現不錯。

不過在如今Layer1、Layer2衆神混戰的時刻,想要保證持續的生命力,還需要產品和技術上的雙重創新,打造出真正的爆款應用,鏈上活力才能穩步再上一個臺階。

這背後除了官方團隊,還需要的是開發者社區的持續發力,這也是Starknet團隊一直以來極度開發者友好,甚至在空投中給出史無前例的開發者獎勵的原因之一。

5.2 挑戰和選擇

前面我們說過,STARK從一開始就是爲了安全的大規模復雜證明而生的,一脈相承的Starknet也是如此。

爲了實現這個宏大又純粹的目標,許多努力就在所難免,Cairo語言就是其一。

(注:Cairo語言是StarkWare專門爲STARK證明系統設計的編程語言,能夠高效生成證明,優化鏈下計算,有效的彌補了Solidity在執行證明上的局限性。)

不同於其它Layer使用Solidity進行智能合約的開發,開發者在Starknet上必須使用原生的Cairo語言進行開發,這就直接給開發者增加了學習成本和準入門檻。

另一方面,由於Cairo VM與EVM並不兼容,許多以太坊上的成熟項目不能直接遷移到Starknet上,這也造成了Starknet雖然作爲一條以太坊Layer2, 但卻很難享受到大生態的紅利。

目前Starknet鏈上超過90%的dApp都是鏈原生的,項目開發成本不可謂不大。

當此窘境,Starknet的選擇,我們可以從Eli Ben-Sasson年初的文章@think-integrity/stubborn%2C-or-steadfast">《固守還是堅持》中找到答案。

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漂亮的性能表現,就像坐在一只飛奔的老虎上後患無窮。 作爲堅守技術的真正信仰者,也絕不會將二流技術套上一流的包裝進行販賣。

Starknet想做的,是真正的證明,可以經得起滔天數據和黑暗森林的證明。而對證明的堅守,就是對安全性的堅守。

爲了堅守,Starknet上的開發者激勵措施十分豐富,除了黑客松等社區活動外,近期還推出了真金白銀的種子資助計劃(Seed Grand Program),入選團隊將可獲得高達2.5萬美金USDC的非稀釋資助獎勵,用以支持其在Starknet上的生態建設。

專門針對遊戲板塊,目前基金會的遊戲助力試點計劃(The Propulsion Pilot Program),將選擇多達20款遊戲,根據他們在Starknet主網的Gas消耗情況進行資助獎勵,每款遊戲最多可獲得100萬美金的獎勵。

此外,與Starknet達成深度戰略合作的以太坊客戶端開發團隊Nethermind,也同時發布了總額100萬美金的Starknet資助計劃(Starknet Grand Program),單個項目可獲得最高25萬美金資助,並獲得Nethermind團隊的技術支持。

Starknet也正從兩方面着手努力打通與以太坊之間的壁壘。一邊是由Nethermind開發的Warp項目,致力於將Solidity代碼轉化爲Cairo代碼,在高級語言層面實現兼容性。 另一邊由StarkWare團隊成員開發的Kakarot zkEVM的方案,以Cairo模擬EVM的環境,嘗試創建一個可證明的EVM。項目目前仍在開發中。

5.3 未來

在StarkWare的努力下,目前Cairo的開發者社區正在不斷壯大,隨着開發者社區的繁榮,生態也將孵化出更多優秀的產品和工具,進一步吸引更多優秀的開發者加入Cairo社區,形成正向循環。

我們除了在DeFi等傳統領域中期待能夠誕生優秀的產品外,結合Starknet逐步兌現的性能提升以及計算完整性優勢,Starknet上也逐步湧現出一些有可能代表未來的趨勢板塊。

5.3.1 全鏈遊戲

全鏈遊戲(Fully On-Chain Games,FOCG,也被稱爲Infinite Games)的概念早在區塊鏈興起時就風靡一時,備受遊戲玩家的期待。

它將遊戲的規則和數據完全儲存在鏈上,基於智能合約執行所有的運行和交互,讓玩家真正擁有遊戲資產的所有權,保證規則的透明可驗證,並提供開放的經濟系統,爲玩家創造更加自由公平的遊戲體驗。

但礙於早期鏈上吞吐量、費用和交互模式等方面的限制,全鏈遊戲很長時間還只是美好的願景,並沒有實現mass adoption。

不過隨着Starknet各方面表現的不斷優化,我們可以從以下幾個方面看到Starknet十分有潛力成爲孕育全鏈遊戲的沃土。

5.3.1.1 原生的帳戶抽象

帳戶抽象(Account Abstraction,AA)是提升交互體驗、幫助web2用戶進入web3的關鍵一步。

簡單來說,就是把我們過去作爲個人常用的以太坊上的EOA帳戶,轉向智能合約帳戶(CA),由於合約帳戶的可編程性,可以根據預先設置,在保障安全性的前提下,簡化當前復雜的操作步驟,優化用戶體驗。

Starknet的設計從一開始就把原生的帳戶抽象作爲必選項,每個帳戶都是一個智能合約帳戶,從系統設計上降低了實現AA的復雜性。

原生的錢包dApp Agent X和Braavos都支持帳戶抽象,可以爲用戶帶來Web2等同的體驗。

在遊戲情境下,帳戶抽象的作用會更加明顯。比如由Starknet鏈上幾家頭部鏈遊團隊Briq、Loot Realms和Topology發起的會話祕鑰(Session Key)功能,如今上線的Loot Survivor就使用了該功能,採用無錢包登入(Session Wallet),用戶不再需要爲每一步“進攻”操作籤名,極大優化了體驗。

5.3.1.2 Cairo生態逐步完善

隨着Starknet的持續優化和性能提升,目前已有大批遊戲社區入駐一同建設Cairo生態,隨着一系列基礎設施的推出,目前生態的遊戲框架已經基本形成。

Dojo是一個基於Cairo的鏈上遊戲引擎,創建於2023年2月,目前由社區共同運營維護。

遊戲引擎是構建遊戲的基礎,它爲遊戲開發者提供一個由合約、工具和代碼庫組成的開發框架,這樣他們就不必從零開始構建遊戲的基本系統,讓構建鏈上遊戲變得更加容易。

(注:Web2遊戲最流行的兩個遊戲引擎是Unity和Unreal Engine,我們熟悉的《爐石傳說》、《街頭霸王》等就分別構建在這兩個遊戲引擎的基礎上。目前Web3遊戲引擎的發展還處在早期,已有的兩個加密遊戲引擎,分別是構建在EVM上的MUD和基於Cairo的Dojo。Dojo是首個可證明的加密遊戲引擎。)

Cartridge是一個遊戲啓動器,它一方面基於Dojo爲開發者提供工具和代碼庫,用於創建和部署遊戲,包括鏈上遊戲邏輯、可擴展架構、無縫用戶接入、模塊化開發和貨幣化方案等。

另一方面爲玩家簡化了交互流程,方便玩家發現和進入他們喜歡的遊戲。

5.3.1.3 Layer 3

Starknet作爲使用Zk Rollup的通用型Layer2,除了出衆的安全性能、高吞吐量、以及大幅降低的費用以外,爲了滿足特定需求,還推出了Layer3 Appchain的定制化開發。

遊戲開發者可以根據自己的需求,定制優化鏈上執行環境和共識機制,打造高性能、低延遲、低費用的遊戲專屬鏈。這也爲全鏈遊戲帶來更多的可能性。

Realms和Cartridge就在年初成合作將共同開發“Realms World L3”,預計在今年Q3正式推出,在Starknet的基礎上運行整個Realms生態,屆時將會有更快的速度和更低廉的費用,進一步優化用戶體驗。

此外,Dope Wars也表示將同Cartridge合作發布一條Layer3,並使用$PAPER作爲Gas token。

5.3.1.4 小結

雖然在大衆眼中,Starknet在Gamefi的表現也許並不算出彩,但如果把眼光聚集在全鏈遊戲上,Starknet上的生態友好度、明確的全鏈使命感以及自身的技術優勢,對開發者和玩家來講都是吸引力十足的。

我們可以看到目前Starknet上遊戲開發者對Cairo生態的建設熱情很高,頭部項目通力合作促成了Dojo等關鍵基礎設施的落成。

如果有一天全鏈遊戲能夠完全實現,越來越多的遊戲發燒友進入web3的遊戲世界,真正獲得對遊戲資產的所有權,我們有理由期待這一切會發生在Starknet上。

5.3.2 ZKML

隨着AI和區塊鏈技術的雙雙爆發,AI+Blockchain被越來越廣泛的認爲是未來的發展方向,ZKML(Zero Knowledge Machine Learning,零知識證明機器學習)便是一種解決方案。

傳統的ML模型像個黑盒,由於被中心化機構所擁有,普通用戶除了相信大機構的背書,無法驗證自己在使用的究竟是什麼模型,是否由可靠的數據訓練得來。這也是目前中心化大模型被詬病的主要原因之一。

而如果簡單的將模型上鏈採用去中心化的方式進行訓練和運行,不光Gas成本太高,由於鏈上Non-trusted的環境,也無法保證模型和訓練數據的可靠性。

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

同時,由於ZK本身具備的隱私性的特點,也使ZKML在金融、醫療等敏感領域前景廣闊。

在Starknet上基於Cairo構建ZKML有天然的優勢。Cairo作爲爲證明而生的開發語言,具有優秀的計算完整性,且在證明上高度抽象,開發者可以直接調用證明組件,而無需自行處理證明問題,極大簡化了開發流程。

同時,得益於STARK的可拓展性優勢,在處理大規模運算數據時具有顯著的網路效應,能夠高效且低成本地承載機器學習所需的海量數據。因此,Starknet上以Giza Tech爲基礎的ZKML正在迅速發展。

Giza是一個Starknet上的ZKML中間件平台,提供Orion開發框架,使開發者能夠使用熟悉的框架(如PyTorch、TensorFlow)進行模型訓練,並輕鬆地在Starknet上進行部署。

同時Giza還推出了一個將ZKML於多鏈行爲結合的代理框架Agents,開發者可以基於ZKML創建鏈上AI代理,與智能合約交互,並根據預定義的規則進行決策。

目前Giza已經應用在多個項目中,比如社交上,與Circles Network合作,進行社交圖譜分析,偵查虛假用戶。

DeFi方面,Yearn Finance合作,爲其提供基於ZKML的智能投資策略和風險管理方案。

最新入選Starknet種子資助計劃的ML Village則通過Giza將ZKML引入鏈遊進行決策,展現出了廣闊的應用前景。

06

總結

根據Starknet官方近期發布,預計2024年可以實現Gas費降低至遠低於$0.01,同時數百TPS,成爲TPS最高的Layer2。

這個目標對於Starknet來說並不算雄偉,事實上,StarkWare對Starknet的定位,也遠不止一條Layer那麼簡單。

從產品和市場的關鍵選擇上,Starknet與Solana更爲相似,把EVM的紅利和束縛一並拋棄,從頭建設。

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

而這個看似美滿的結果,正如我們開頭所講,是一場堅守長期主義的修行,是無數次舍近求遠的負重前行。我們期待Starknet上能夠在未來釋放更多的活力。

聲明:

  1. 本文轉載自[Mirror],轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》,著作權歸屬原作者[Biteye 核心貢獻者 Anci],如對轉載有異議,請聯系Gate Learn團隊,團隊會根據相關流程盡速處理。
  2. 免責聲明:本文所表達的觀點和意見僅代表作者個人觀點,不構成任何投資建議。
  3. 文章其他語言版本由Gate Learn團隊翻譯, 在未提及Gate.io)的情況下不得復制、傳播或抄襲經翻譯文章。
Start Now
Sign up and get a
$100
Voucher!
It seems that you are attempting to access our services from a Restricted Location where Gate.io is unable to provide services. We apologize for any inconvenience this may cause. Currently, the Restricted Locations include but not limited to: the United States of America, Canada, Cambodia, Cuba, Iran, North Korea and so on. For more information regarding the Restricted Locations, please refer to the User Agreement. Should you have any other questions, please contact our Customer Support Team.